2.4. Ветер и ветровые нагрузки

Определение исходных данных по ветру. Причиной ветра является перемещение воздушных масс из мест с большим давлением в места с уменьшенным. Это связано с нагревом земной поверхно­сти солнечным излучением.

История измерений параметров ветра на метеостанциях насчитыва­ет несколько веков. Долгое время проводилось визуальное бесприбор­ное измерение скорости по 12-балльной шкале Бофорта (1 балл — ти­хое дуновение... 7 баллов — двигаются стволы деревьев и т.д.). Затем в качестве приборов стали применяться флюгеры Вильдта, анемометры и анемографы. Для определения направления ветра в метеорологии ис­пользуется система румбов на компасе (16 угловых единиц по различ­ным направлениям сторон света), при этом главные румбы соответству­ют сторонам света: С, Ю, В, 3 или N, S, О, W. По результатам этих изме­рений определяется также векторная диаграмма — роза ветров, нагляд­но изображающая распределение ветров того или иного направления в определенном пункте в течение года (или другого отрезка времени).

В современных условиях определяются как абсолютная максимальная скорость ветра, так и его скорость при минимальной тем­пературе и гололеде, данные о которых необходимы для расчетов ветровых нагрузок.

Получить данные при отсутствии метеостанций можно по кар­там СНИПов, на которых нанесены зоны для районов страны < разными скоростями ветра.

Структура воздушных течений зависит от их скорости. Параллельными эти течения бывают только при малых скоростях. При увеличении скоростей возникают сложные вихревые движения которые определяются неровностями земной поверхности и различием температуры соседних масс воздуха. По этой причине скорость ветра не может быть постоянной, он дует порывами. Толчки ветра по времени непродолжительны — обычно 0,5—2,0 с, причем они изменяются по скорости и направлению. Следовательно, когда на основании каких-либо источников получена средняя скорость ветра, то нужно иметь в виду, что скорость потока в отдельные моменты времени может ее превышать. Колебания скорости ветра характеризует коэффициент порывистости k_пор , равный отношению наибольшей скорости при порывах к средней за некоторый промежуток времени. Наблюдения показывают, что k_пор уменьшается с увеличением средней скорости ветра (рис. 2.3). Пульсации ветра вызывают дополнительную динамическую нагрузку на провода и опорные конструкции. Ранее контактные сети рассчитывали по средней скорости ветра без учета пульсации. Научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИСом) проведены исследования влияния пульсации ветра и созданы методы определения нагрузок с их учетом.

Скорости ветра являются случайными величинами и могу характеризоваться кривыми распределения. Для расчета устройств контактной сети принимают ско-

Рис. 2.3. Зависимость коэффициента порывистости k_пор от средней скорости ветра v

рость ветра с повторяемостью 1 раз в 10 лет. Значения скоростей ветра также уточняют с учетом условий расположения ВЛ на конкретной территории в защищен­ных и незащищенных местах, кроме того, корректируют ветровой напор с учетом порывистости. Рельеф местности определяет рас­положение ВЛ в так называемых ветровых трубах (с увеличенной скоростью ветра) или в аэродинамической тени (с уменьшенной скоростью ветра). Обычно ветер наибольшей интенсивности на­блюдается при температуре +5 °С.

Нормативную ветровую нагрузку принято представлять в виде суммы двух составляющих: статической р_c и динамической р_д. Ис­ходным понятием при определении статической составляющей вет­ровой нагрузки является равномерное постоянное перемещение воздушной массы и, как следствие, постоянное скоростное давле­ние (напор). При отсутствии данных местных метеостанций скоро­стной напор и скорость ветра определяются по картам райониро­вания территории СНГ по нормативным скоростным давлениям (скоростным напорам) или скоростям ветра (рис. 2.4, табл. 2.1).

При пользовании картами районирования для полосы шири­ной 100 км, прилегающей к границе районов, следует принимать большие значения скоростей или давлений.

Расчет ветровой нагрузки. Нагрузка от ветрового воздействия, воспринимаемая поверхностью, перпендикулярной направлению ветра, является горизонтальной и определяется по формуле, кН,

p_вт=с_хq₀S.

Таблица 2.1.