Ветровые нагрузки

Грузоподъемные устройства, расположенные вне зданий, должны работать в любую погоду, в том числе и в ветреную. Предельное давление ветра, при котором еще возможна и безопасна работа крана, определяет ветровую нагрузку на кран в рабочем состоянии. Кран в нерабочем состояпни рассчитывают на давление ветра, имеющего место при шторме, буре или урагане.

Нагрузки от ветрового воздействия на груз н кран определяются в соответствии с ГОСТ 1451—77. Скорость ветра характеризуется пульсацией, что предопределяет динамичность ветрового воздействия (рис. 1.2).

Рисунок. 1.2. Изменение скорости ветра

Современные методы расчета давления ветра основываются на учете кинетической энергии движущегося воздуха (скоростном напоре), определяющей то наибольшее возможное давление в движущемся с некоторой скоростью воздушном потоке, которое может получиться в точках, где скорость обращается в нуль.

Если ρ = 1,225 кг/м³ — плотность воздуха, а v (м/с) — его скорость, то динамическое давление (Па) ветра

q = ρv²/2 = 1,225 v²/2 = 0,61Зv².

Территория СССР разбита на семь районов с различными предельными расчетными скоростями ветра v на высоте 10 м над уровнем земли; при этом динамическое давление принимают следующим:

Район……. I II III IV V VI VII

V, м/с……. 21 24 27 30 33 37 40

q, Па ……..270 350 450 550 700 850 1000

Европейская и юг азиатской части бывшего СССР относятся к I—Ill районам. Горные районы Кавказа и Средней Азии и побережья морей, кроме указанных далее, относятся к ІV—V районам, северное н северо-восточное побережья страны — к VI, VII районам.

Распределенная ветровая нагрузка (Па), т. е. нагрузка, приходящаяся на 1 м² воспринимающей поверхности,

р_в = qkc (1 + β),

где k — экспериментально определяемый коэффициент возрастания динамического давления по высоте:

Высота над поверхностью

земли, м ……………………10 20 40 60 100 200 350 и выше

k……………………………. 1 1,25 1,55 1,75 2,1 2,6 3,1

(для промежуточных высот значение k определяется интерполяцией; для кранов, работающих в городах и лесных массивах разрешается снижать коэффициент k приблизительно на 15 %);

с — коэффициент аэродинамической силы, учитывающий характер обтекания объекта воздушным потоком, определяемый продувкой в аэродинамической трубе; значения с для различных конструктивных элементов приведены ниже.

Конструкции из труб большого диаметра (D>700 мм). . . . . 0,6 ... 0,8

Кабины, противовесы, канаты, оттяжки, грузы . . . . . . . . . . .1,2

Коробчатые металлоконструкции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,4 ... 1,6

Решетчатые конструкции:

трёхгранные из труб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,3...І,6

четырехгранные изт руб . . . .. .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .1,5...1,8

трехгранные из уголков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ... 2,5

четырехгранные из уголков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,3 ... 2,8

1 + β = 1 + m_пξ ≈ 1,2 ... 1,3—динамический коэффициент, учитывающий пульсацию ветрового воздействия m_п и коэффициент динамичности ξ, являющийся функцией периода собственных колебаний Т (с).

Для башенных кранов значения m_п и ξ приведены в ГОСТ 13994—81. Ориентировочно для них m_п = 0,12 ... 0,0004 Н, а ξ = f (Т), где Т ≈ 2 + 0,02L [здесь Н (м) и L (м) полные высота башни и длина стрелы крана]. Зависимость между Т и ξ иелииейная:

Т,с, . . . . . . . . . . . 1 2 3 4 5 6 7 8

ξ. . . . . . . . . . . ….1,75 2,25 2,65 2,95 3.16 3,22 3,26 3,3

В нормальных условиях эксплуатации для рабочего состояния крана принимают

kc (1 + β) = 1,6 ... 2,5.

Ветровая нагрузка (Н) на конструкцию крана, ее отдельные элементы и груз

,

где F_i — площадь, воспринимающая давление ветра, под которой следует понимать теневую площадь.

Площадь (м²) груза, если она не известна, можно определить в зависимости от грузоподъемности крана Q (т);

.

Для нерабочего состояния при определении Р_в.нр, крана учитывают значение q в зависимости от района, в котором установлен кран. Для нормальных условий эксплуатации ориентируются на III район.

Для рабочего состояния Р_в.р определяют в зависимости от назначения крана при стабильных значениях q (МПа), приведенных ниже.

Краны строительные, монтажные, заводов стройматериалов,

а также стреловые самоходные общего назначения …………………125

Краны всех типов, устанавливаемые в речных я морских портах. …250

Краны, устанавливаемые на объектах, исключающих

возможность перерыва в работе …………………………………………500

Ветровую нагрузку рабочего состояния крана учитывают при расчете металлоконструкций на прочность и выносливость, при проверке грузовой устойчивости крана против опрокидывания, при расчете механизмов крана. Ветровая нагрузка, учитываемая при определении мощности двигателя крановых механизмов, виду непостоянства и нерегулярности ветрового воздействия, принимается не выше 60 % от полной ветровой нагрузки рабочего

состояния.

Ветровую нагрузку нерабочего состояния крана следует учитывать при расчете на прочность металлоконструкций, механизмов передвижения кранов и их противоугонных устройств, а также и собственной устойчивости крана против опрокидывания.