Прикладная климатология (стр. 12 )

Наряду со статистической частью ветровой нагрузки на сооружения воздействует и динамическая нагрузка, обусловленная порывами ветра. Она обычно является кратковременной, однако по величине превосходит статистическую.

Эффект воздействия порывов ветра зависит от динамических свойств конструкции и его массивности. Обычно в процессе проектирования невысоких массивных сооружений эффект динамической нагрузки не учитывается. При проектировании мачт, дымовых труб, опор линий электропередачи и тому подобных сооружений (с периодом свободных колебаний более 0,25 с), многоэтажных зданий высотой более 40 м, одноэтажных однопроектных производственных зданий высотой более 30 м и отношением высоты здания к его ширине (пролету) более единицы необходимо учитывать нагрузки, создаваемые при порывах ветра.

Кроме того, для проектирования гибких высоких сооружений круговой цилиндрической формы производят расчет их на резонанс, возникающий при скоростях ветра, когда частота срыва вихрей совпадает с частотой свободных поперечных колебаний сооружения.

Показателем степени порывистости воздушного потока является коэффициент, определяемый отношением максимальной скорости ветра (vмакс) за какой-то промежуток времени к скорости (v), осредненной за этот промежуток.

Гололедные нагрузки. К гололедным отложениям относятся: гололед, зернистая и кристаллическая изморозь, налипание мокрого снега и сложные гололедообразования, состоящие из нескольких видов. Вид отложения зависит от размеров капель и скорости их замерзания.

Гололед является самым плотным видом отложений льда. Чаще всего его плотность равна 0,6–0,9 г/см3. Плотность зернистой изморози составляет 0,1–0,6 г/см3, а кристаллической – 0,01 – 0,08 г/см3.

Гололедные отложения, образующиеся в результате налипания мокрого снега, могут быть различной плотности, от 0,10 до 0,70 г/см3.

Наблюдения за размерами гололедно-изморозевых отложений осуществляются с помощью гололедного станка, приемной частью которого являются провода длиной 90 см и диаметром 4–5 мм. Провода укрепляются на трех стойках: два провода в меридиональном направлении и два в широтном. Высота их крепления 1,9 и 2,2 м. Один из пары проводов укрепляется неподвижно (постоянный), другой (сменный) может сниматься. Обычно измеряются большой и малый диаметр отложений и его вес.

Особенно большое влияние оказывают гололедные нагрузки на работу воздушных линий связи и электропередачи. Они создают дополнительную весовую нагрузку на провода и опоры воздушных линий. При обледенении проводов значительно возрастает ветровая нагрузка, провода могут скручиваться, иногда возникает их вибрация. Гололедные отложения к тому же вызывают помехи в прохождении сигналов.

В СНиП гололедная нагрузка на провода, тросы и канаты рассчитывается по толщине нормативной стенки гололеда. За нормативную стенку принимается толщина гололедного отложения на одном погонном метре провода с диаметром 10 мм и высотой подвеса 10 м, приведенная к максимальной плотности гололеда, равной 0,9 г/м3 и возможная раз в 5, 10, 20 и другие периоды лет.

Величина гололедной нагрузки, возможная раз в 5 лет или раз в 10 лет, может быть принята за климатический норматив при проектировании сельских линий электропередачи, имеющих невысокое напряжение и уравнительно легко исправляемых при авариях. При проектировании высоковольтных воздушных линий и различных высотных сооружений, которые должны служить более длительный срок, их рассчитывают на большие значения гололедных нагрузок, т. е. наблюдаемых реже, чем раз в 5 или 10 лет.

Толщина стенки гололеда (в см) на уровне гололедного станка, приведённая к плотности 0,9 г/см3 (bn), может быть определена по формуле , где Р – вес гололедного отложения на одном погонном метре, провода гололедного станка в г, d – диаметр провода в мм.

Если же вес отложения не известен, а измерены большой и малый диаметры отложения (а и с), то bn определяют по соотношению , где г = 0,9 г/см3 – максимально возможная плотность отложения, г` – фактическая плотность отложения.

Плотность гололеда принимается 0,75 г/см3, для смешанных отложений и замерзшего мокрого снега г = 0,2 г/см3, для зернистой изморози г = 0>1 г/см3, для кристаллической г = 0,05 г/см3.

Пересчет толщины стенки гололеда на провода диаметром 10 мм и высотой подвеса 10 м осуществляется с помощью умножения значения bn на коэффициент Кbdh  = 1,5..

В настоящее время показано, что коэффициент Кbdh не является постоянной величиной, а зависит от скорости ветра и размера самого отложения (таблица 4.12).

Таблица 4.12 – Коэффициенты Kbdh для пересчета толщины стенки гололедного отложения (d=10 мм, h = 10 м)

Толщина стенки гололедного отложения, мм	Скорость ветра, м/с
0,1–4,0	4,1–8,0	8,1–12,0	12,1–16,0	>16
5	1,85	2,00	2,14	2,32	2,48
10	1,65	1,77	1,90	2,07	2,18
15	1,57	1,68	1,80	1,90	2,00
20	1,25	1,30	1,37	1,45	1,50

Вес гололедного отложения, если он известен на уровне гололедного станка, может быть также пересчитан на провода диаметром 10 мм и высотой их подвеса с помощью коэффициентов Kpdh (таблица 4.13).

Таблица 4.13 – Коэффициенты Kpdh для пересчета веса гололедного отложения (d= 10 мм, H= 10 м)

Вес гололедного отложения, г	Скорость ветра, м/с
1–4	5 – 8	9–12	13–16	>16
<100	3,7	4,2	4,6	5,1	5,6
101–150	3,3	3,7	4,1	4,6	5,0
151–300	2,9	3,2	3,6	4,0	4,4
301–450	2,5	2,8	3,2	3,5	3,7
451–600	2,1	2,3	2,5	2,7	2,9
>600	1,7	1,8	2,0	2,2	2,4

Согласно СНиПу, вся территория СНГ по величине нормативной стенки гололеда разделена на пять районов (таблица 4.14). .

Таблица 4.14 –  Толщина стенки гололеда в зависимости от района

Районы СНГ	I	II	III	IV	V
Толщина стенки гололеда, мм	<3	5	10	15	>20

Номер района определяется по карте, опубликованной в СНиП. К району I относится почти вся территория Западной и Восточной Сибири за исключением Арктического побережья. На Европейской территории в основном преобладают II и III классы гололедности. Классы IV и V гололедности относятся к горным районам. На Дальнем Востоке и Сахалине преобладают III и IV классы.

Для определения гололедной нагрузки на провода других диаметров и другой высоты подвеса используются соответствующие коэффициенты (таблицы 4.15 и 4.16).

Таблица 4.15 – Коэффициент пересчета гололедной нагрузки на провода других диаметров

Диаметр провода, мм	5	10	20	30	50	70
Коэффициент	1,1	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6

Таблица 4.16 – Коэффициент пересчета гололедной нагрузки в зависимости от высоты подвеса проводов

Высота над поверх-ностью земли, м	5	10	20	30	50	70	100
Коэффициент	0,9	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0

В случае расчета гололедных нагрузок на ЛЭП необходимо учитывать влияние на них закручивания проводов и электрического напряжения путем введения коэффициентов Крз и Крэ. Изменение Крз зависит от величины гололедных нагрузок. При небольших нагрузках (до 500–600 г/м) происходит возрастание Крз, а с увеличением нагрузки этот коэффициент уменьшается.

Когда толщина стенки bн изменяется от 1 до 5–7 мм, коэффициент Крз возрастает от 1 до 1,6, а при bн=15 мм понижается до 1,2. С уменьшением сечения провода максимум сдвигается в сторону больших нагрузок.

Наличие электрического поля провода создает условия, благоприятные для увеличения гололедной нагрузки на провода. Эта зависимость, выраженная через погрешность Крэ/P, является криволинейной – при малом весе гололеда происходит быстрое возрастание Крэ, а при увеличении гололедной нагрузки, начиная с 800–1000 г/м коэффициент Крз уменьшается (Крэ изменяется от 1,25 до 1,4).

Следует отметить, что поправки к гололедным нагрузкам на закручивание и электрическое напряжение пока еще не вошли в СНиП.

Ветровые нагрузки при гололеде. Ветровые нагрузки при гололеде на 1 м2 поверхности обледеневшего провода определяются по формуле , где Сх – аэродинамический коэффициент, равный 1.2; q – скоростной напор ветра в кг/м2, s – площадь осевого сечения одного метра обледеневшего провода в м2.