Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 [ 22 ] 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

мера 0,3 м. Кризис обтекания у такого цилиндра наступает раньше, что можно объяснить, по-видимому, большей величиной относительной шероховатости поверхности. При Re = 2-10e коэффициент Сж = 0,6. Числа Струхаля, мало зависящие от числа Рейнольдса, равны: для эллиптического цилиндра большой осью по потоку Sh = 0,13, поперек потока Sh = 0,18-f-0,2 (НАСА).

Коэффициент лобового сопротивления скругленных цилиндров конечной длины снижается, как и коэффициент сопротивления круглого цилиндра: он резко падает с уменьшением удлинения, начиная с л= 10 (см. рис. 3.4). При углах скольжения 13=70° лобовое сопротивление таких цилиндров с ростом этого угла снижается не так сильно, как круглого цилиндра. Коэффициент лобового сопротивления немного скругленных цилиндров при углах фО° следует скорее закону сопротивления плоской пластинки. Для учета в расчетах удлинения таких цилиндров можно воспользоваться данными на рис. 3.4 или рис. 3.26.

Решетчатые конструкции

Для определения ветровой нагрузки на решетчатые конструкции можно воспользоваться материалами, изложенными в СНиП. Для поиска оптимального в смысле ветровой нагрузки решения конструкции, что особенно важно для высоких сооружений, привлекают дополнительные сведения из экспериментальной аэродинамики.

Решетчатые конструкции, как объект действия на них ветровой нагрузки, характеризуются: размерами, удлинением, числом и взаимным расположением ферм, формой сечения и размерами стержней, видами узловых сопряжений стержней, количеством стержней в одном узле, коэффициентом заполнения (сплошности):

где Sy-наветренная площадь стержня и узловых соединений; S- площадь фермы по наружным обводам.

Гибкость стержня, или, что ближе к аэродинамике, относительное удлинение его в пределах каждой панели, т. е. отношение его геометрической длины между узлами к поперечному размеру, отражается на величине коэффициента лобового сопротивления.

Оптимальной формой сечения стержней строительной конструкции являются труба и круглый стержень, диаметр которых выбран таким, чтобы при расчетной скорости ветра происходило закризисное обтекание, т. е. при наименьшем коэффициенте лобового сопротивления (см. рис. 3.8). Это важно в случае применения шероховатых стержней, например элементов из сбор-

S- 50

e !.5

[HODocmn sempa i и/сек

НОГО железобетона (см. рис. 3.15). В качестве примера на рис. 3.31 приведен график ветровой нагрузки на круглый цилиндр диаметром 0,3 м в зависимости от скорости ветра. На рисунке видно, что при скорости, равной 16 м/сек, нагрузка на цилиндр больше, чем при скорости 21 м/сек.

Ветровая нагрузка на трубу диаметром 150 мм в условиях закризисного обтекания и равновеликий по теневой площади угольник 150x150 мм, если следовать указаниям СНиП, будет отличаться в три раза, так как их коэффициенты лобового сопротивления Сх соответственно 0,45 и 1,4. В действительности, наибольшее значение Cr угольника может быть до 2,76 (см. табл. 3.1), т. е. это отношение равно 6. Кроме того, гибкость трубчатого стержня равной длины примерно в два раза меньше, что позволяет полнее использовать материал. Сказанное наглядно демонстрирует преимущества трубчатых стержней в решетчатых конструкциях. Например, вес стальных решетчатых радиомачт и башен из стальных труб в 2-2,5 раза меньше веса конструкций из

угольников; то же наблюдается в других областях строительства.

Одним из основных принципов проектирования решетчатых конструкций является концентрация усилий в меньшем числе стержней, т. е. увеличение размеров панелей. Той же цели служит применение стержней предельной .допустимой нормами гибкости. В стальных конструкциях стержни поясов и опорных раскосов часто выбирают с гибкостью 80-100, в элементах решетки- до 150, в связях - до 200. За рубежом гибкость сжатых стержней допускают и больше. В высоких сооружениях получили распространение конструкции с раскосами и связями, гибкость которых 350; в предварительно напряженных конструкциях гибкость растянутых элементов не ограничивается. В решетчатых конструкциях из низколегированной стали и тем более из алюминиевых сплавов гибкость стержней принимают не более 40-60. Удлинение разнообразных стерл<ней будет 15-50, если поперечный размер стержня принять в три раза больше радиуса инерции стержня. При таком удлинении стержней х- острыми краями их коэффициент лобового сопротивления будет 1,35- 1,75 вместо 1,98-2,12 бесконечно длинной пластинки. В СНиП коэффициент лобового сопротивления многих профилей решетчатых конструкций принят 1,4.

Рис. 3.31. Погонная нагрузка на круглый цилиндр {(i=0,3 м) в зависимости от скорости ветра

Для круглых стержней необходимо считаться с шероховатостью, за которую принимают не начальную, а ту, которая будет у стержня после ряда лет эксплуатации, учитывая прн этом специальные меры по поддержанию качества поверхности. Для стальных решетчатых конструкций, оцинкованных или периодически окрашиваемых, относительную шероховатость круглых стержней можно принять 2-10-4; для алюминиевых, не имеющих часто антикоррозионного покрытия, -ЫО-*; для бетонных конструкций - до 3 • 10-3.

Размеры зерен шероховатости или волнистости поверхности зависят от способа производства, поэтому, строго говоря, чем меньше диаметр трубы или круглого стержня, тем больше его относительная шероховатость. У железобетонных конструкций большое значение имеет качество опалубки и способ изготовления сборных элементов. В местностях, где наблюдаются частые переходы температуры воздуха через ноль градусов, разрушение поверхности бетона происходит быстрее, чем в районах с континентальным климатом. С этим необходимо считаться при установлении относительной шероховатости поверхности, которая будет хотя бы к половине намеченного срока службы сооружения и, конечно, больше, чем начальная.

Нагрузка от единичного скоростного напора на плоскую решетчатую ферму, выполненную из разнообразных по профилю стержней и различного удлинения (гибкости), суммируется из нагрузки на каждый элемент площадью Sj с присущим ему аэродинамическим коэффициентом лобового сопротивления Cxj:

QZciS,: (3.15)

Тогда коэффициент лобового сопротивления всей фермы, отнесенный к сумме наветренных площадей стержней,

-;=2c,.s.:2s., (3.16)

а отнесенный к площади фермы по наружным обводам, т. е. в свету,

сФ = Ес.5:5. (3.17)

Обращают внимание на то, к какой площади относится аэродинамический коэффициент, помня, что 25у=ф5.

Взаимное расположение стержней в решетчатых конструкциях отражается на величине ветровой нагрузки. Для плоских ферм имеет значение расстояние между ее элементами. Опыты с двумя одинаковыми круглыми цилиндрами, расположенными в одной плоскости, нормальной к потоку, и параллельно друг другу, пеказали: при расстоянии в свету 0,08d коэффициент Сж=1,5, при расстоянии d Сзс=1,3, а при расстоянии 3d Сх=1,2, т. е. сопротивление каждого по мере удаления друг от друга приближается к сопротивлению изолированного цилиндра до кризиса. Результаты опытов свидетельствуют о быстром затуха-