Министерство образования Российской Федерации

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)

Прогнозирование последствий бурь, штормов и ураганов

Методические указания к практической работе

по курсу БЖД в ЧС

Новочеркасск 2004

Составители: Семененко В.К., Фирсов В.В., Фролов Е.В.

Цель издания : Ознакомить студентов с оценкой градации скорости ветра и его

воздействием на элементы инженерно-технического комплекса

(ИТК), научить определять пределы устойчивости оборудования на

смещение и опрокидывание, а также возможные потери среди населения.

Специальности: Курс: II–V

Форма обучения: все формы обучения при изучении курса «БЖД в ЧС».

Тираж: 25 экз. печатного текста в компьютерном наборе, а также

электронный вариант.

Объем: __________ стр. через 1,5 интервала шифр № ________

Методические указания обсуждены на заседании кафедры «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды». Протокол № 4 от 11.03.2004г.

Зав. кафедрой БЖДиООС, профессор А.В. Фролов

Практическая работа «Прогнозирование последствий бурь, штормов и ураганов»

Цель работы: ознакомить с градацией скорости ветра, общей характеристикой степеней разрушения зданий и сооружений и данными по степеням их разрушения при различных скоростях ветра, освоить методику определения потерь населения и устойчивости элементов на смещение, опрокидывание и угон.

1. Градация скорости ветра

Для характеристики скорости ветра раньше использовалась 12-бальная шкала, предложенная в 1806 г. английским адмиралом Бофортом. В 1946 г. она была модифицирована для ураганов специалистами национальной службы погоды США, которые ввели для последнего, 12-го балла (ураганы) шесть подразделений. В 1963 г. эта шкала была уточнена в метрическом измерении (Хромов, Мамонтова – СССР) и принята Всемирной метеорологической организацией. В табл. 1 она приводится с некоторыми сокращениями второстепенных деталей и дополнениями о разрушительном потенциале.

2. Характеристика степени разрушения зданий, соружений, оборудования

Различают четыре степени разрушения зданий и сооружений, подвергшихся воздействию поражающих факторов при высоких скоростях ветра, ударной воздушной волны, землетрясении и пр. (слабую, среднюю, сильную и полную), характеристики трех из них приведены в табл. 2.

Степень разрушения зданий, сооружений, оборудования зависит от скорости ветра, этажности, места расположения. Данные по степеням разрушения приведены в табл. 3.

Характеристика застройки содержит данные по назначению, этажности, материалу стен, перекрытий и покрытий. При выборе типа наземного здания используется следующая классификация зданий по этажности:

• малоэтажные (до 4-х этажей);

• многоэтажные (от 5 до 8 этажей);

• повышенной этажности;

• высотные (более 25 этажей).

3. Методика расчета смещения, угона и опрокидывания оборудования под действием скоростного напора

Энергия скорости ветра, т.е. скоростной напор Р_ск (Па), пропорционален произведению плотности атмосферного воздуха  (кг/м³) на квадрат скорости воздушного потока V (м/с):

(1)

При воздействии скоростного напора на объект возникает смещающая сила Р_см, которая может вызвать: смещение оборудования относи­тельно основания (фундамента) или его отбрасывание; опрокидывание оборудования.

3.1. Смещение и перемещение оборудования может привести к слабым, а в ряде случаев и средним разрушениям. Степень разрушения оборудования резко повышается, если оно отбра­сывается на какое-то расстояние, сопровождается ударами о другие предметы и вызывает дополнительные разрушения. Оборудование (станок, трансформатор, кран) сдвинется со своего места, если смеща­ющая сила Р_см будет превосходить силу трения F_тр и горизонтальную составляющую силы крепления Q_г, т. е. При

где F_тр=fG=fmg.

Здесь Qг – суммарное усиление болтов крепления работающих на срез, Н; f – коэффициент трения, определяемый по табл. 5; G – вес оборудования, Н; m – масса оборудования, кг; g – ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с².

Для незакрепленного оборудования (Q_г = 0) сме­щение наблюдается при Р_смF_тр.

Смещающая сила опреде­ляется по формуле Р_см=С_хSР_ск, где С_х – коэффициент аэродинамиче­ского сопротивления пред­мета; S – площадь миделя обтекаемого предмета, м².

Значения коэффициента С_х, для тел различной форма приведены в табл. 6.

Если тело имеет слож­ную форму, составленную из тел, приведенных в табл. 6, то примерное значение коэф­фициента С_х тела сложной формы определяется как

,

где: С_хi – коэффициент аэродинамического сопротивления i-й части тела; S_i – площадь миделя i-й части тела.

Сила смещения Р_cм прикладывается в центре тяжести площади (в центре давления) предмета (рис. 1).

Рис. 1. Силы действующие на предмет при смещении:

1 – центр давления; 2 – центр тяжести

Зная силу трения, можно найти скоростной напор Р_ск, вызыва­ющий смещение оборудования.

Так как Р_см=С_хSР_ск, то предельное значение скоростного напора, не вызывающее смещения предмета

Когда смещающая сила значительно превосходит си­лу трения (Р_см>>F_тр), незакрепленные предметы могут отбрасывать­ся на значительные расстояния, дополнительно разрушаясь при этом.