4.4.3 Определение ветровых нагрузок.

Одна из задач при проведении расчета колонного аппарата от ветровых нагрузок заключается в определении непосредственно силы ветра (ветровой нагрузки).

При этом, если несущие конструкции зданий и строительных сооружений обычно рассчитывают в предположении действия установившегося ветра, такое предположение оказывается недостаточным при расчете вертикальных цилиндрических аппаратов нефтеперерабатывающих заводов, устанавливаемых на открытом воздухе.

При этом установившийся ветер в гибких высоких сооружениях цилиндрической формы, кроме статического действия, которое зависит от изменения средних скоростей ветра по высоте колонны, вызывает колебания, перпендикулярные к направлению потока ветра. Это обусловлено тем, что при действии ветра позади колонны создается вихревая дорожка Кармана с шахматным расположением вихрей. Вихри, поочередно отрываясь от колонны, создают периодическую пульсацию, которая передает колебания колонне в направлении, перпендикулярном ветровому потоку, т.е. появляются поперечные колебания сооружения с собственными частотами. Колонный аппарат может попасть в резонанс, если создаваемая скоростью ветра частота срыва вихрей совпадает с частотой собственных колебаний. В этом случае существенно возрастает амплитуда колебаний, что может привести к разрушению конструкции.

Колебания обусловливают наличие ускорения масс отдельных участков аппарата. В результате возникают инерционные силы, оказывающие динамическое воздействие на аппарат.

Для аппаратов колонного типа следует принимать во внимание также динамические нагрузки, накладывающиеся на установившийся поток ветра, которые возникают от воздействия порывов ветра, наиболее интенсивных у поверхности земли из-за наличия неровностей и препятствий. Порывы ветра вызывают пульсацию скорости воздушных потоков. Пульсация скоростного напора ветра учитывается в расчете умножением скоростного напора на коэффициент, зависящий от пульсаций скоростного напора и от динамических характеристик сооружения.

Таким образом, сила ветра складывается:

- из установившегося потока, который оказывает статическое действие;

- динамической составляющей, являющейся функцией пульсации скоростного напора и периода колебаний колонного аппарата.

4.4.3.1 Методика расчета ветровой нагрузки.

Ветровая нагрузка Р_i на i-м участке для трех расчетных условий () находится как сумма двух слагаемых по формуле:

. (4.22)

Средняя составляющая ветровой нагрузки рассчитывается по формуле:

, (4.23)

где q_ist – нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка, Н/м², которое определяется по формуле:

, (4.24)

где q₀ – нормативное значение ветрового давления на высоте 10 м над поверхностью земли, Н/м², определяется в зависимости от ветрового района.

- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте аппарата, определяется по отношению:

, , (4.25)

где х_i - расстояние от поверхности земли до центра тяжести i-го участка, м;

К – аэродинамический коэффициент, учитывающий решетчатую пространственную конструкцию площадок и зависящий от формы площадки.

Пульсационная составляющая ветровой нагрузки определяется по формуле

(4.26)

где - коэффициент, учитывающий пространственную корреляцию пульсации давления ветра;

– коэффициент динамичности при ветровой нагрузке;

- приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка.