36. Aktív pracovníkov odboru oceľových konštrukcií. ANALÝZA NETUHEJ KONŠTRUKCIE PRI ZAŤAŢENÍ VETROM Ján Bujňák

Transkript

1 36. Aktív pracovníkov odboru oceľových konštrukcií ANALÝZA NETUHEJ KONŠTRUKCIE PRI ZAŤAŢENÍ VETROM Ján Bujňák

2 Kruhové 300mm stĺpy výšky 15 m v osovej vzdialenosti po 15 m Úložná doske 500 x 500 mm, stabilizovanú štyrmi kotvami kruhového prierezu 45 mm do hĺbky asi 1.0 m. Okolo čapov na úložnej doske sa vztyčujú do zvislej polohy. Vrcholy stĺpových stožiarov vzájomne horizontálne prepojené stabilizujúcimi lanami 12 mm

3 Skladba konštrukcie Plachta na zemi upevnená do kruhových nosných prstencov Cez kladky vyzdvihnutá k vrcholu stĺpov do výšky 14 m Medzi stĺpmi má 3 m prievis Tvar zaisťujú platené napínacie pásy hrúbky 3,6 mm a šírky 73 mm, kotvené do terénu.

4 Havária provizórneho objektu Pri mimoriadne nepriaznivom počasí došlo k zrúteniu stanovej konštrukcie S tragickými následkami v dôsledku pádu ťaţkých oceľových stoţiarov objekt pri tomto mimoriadnom zaťaţení nebol uzavretý zvislými obvodovými stenami

5 Strešná plachta, miesta trhané a rezané po rekonštrukcii strešnej plachty bolo zistené, ţe na nej existovali stopy údrţby (neodbornej), a to vo forme opráv, nahrádzaním opotrebovaných alebo poškodených časti

6 Havária provizórneho objektu Nosné stlpy v havarovanom stave Spojovacie laná

7 UČINKY VETRA NA KONŠTRUKCIE Na klasifikáciu rýchlosti vetra je pri havarovanej konštrukcii uţitočná Beaufortova stupnica, odhadujúca rýchlosť vetra podľa jeho účinkov. Dokumentovaná záznamami účinkov vetra viacerými svedkami Stupeň Rýchlosť vetra [m/s] Označenie 0 0 0,5 kľud Účinky 1 0,5 1,7 vánok dym rovno stúpa 2 1,7 3,3 ľahký vietor pozorovateľný na tvári 3 3,3 5,2 slabý vietor pohybujú sa listy 4 5,2 7,4 mierny vietor pohybujú sa malé vetvy na stromoch 5 7,4 9,8 čerstvý vietor pohybujú sa aj väčšie konáre 6 9,8 12,4 silný vietor pohybujú sa slabšie stromy 7 12,4 15,2 prudký vietor ohýbajú sa silné konáre 8 15,2 18,2 búrlivý vietor obťažná chôdza, lámu sa konáre 9 18,2 21,5 búrka premiestňujú sa ľahké predmety, lámu sa konáre 10 21,5 25,1 silná búrka vyvracanie stromov, lámanie telegrafných stĺpov 11 25,1-29 ničivá búrka veľké škody

8 Masy vzduchu premiestňujú ZAŤAŢENIA vo výškach VETROM od 300 do 600 m pribliţne stálou rýchlosťou a kopírujú čiary konštantného barometrického tlaku gradientne vetry Prízemné vetry do uvedených výšok predstavujú prúdenie v medznej vrstve atmosféry. Ich rýchlosť sa vyrovnáva od nuly tesne pri povrchu až po rýchlosť gradientného vetra. Súčasne je tu prúdenie rušené nerovnosťami zemského povrchu Stredná rýchlosť vetra je veličina potrebná na stanovenie statického účinku vetra na konštrukciu (trvania odozvy aspoň 100-krát väčšej ako doba kmitu). Menlivá zložka rýchlosti vetra. Vzdušný prúd pri jeho rýchlosti v s hustotou vzduchu = 1,25 kg/m 3, pôsobí na miesto konštrukcie dynamickým tlakom q 0 = 0,5..v 2, Fundamentálna hodnota v b,0 je charakteristická 10-minútová stredná rýchlosť vetra nezávisle od jeho smeru a času výskytu v roku vo výške 10 m nad úrovňou terénu. Z mapy referenčných rýchlostí vetra v mieste havárie je fundamentálna rýchlosť v b,0 = 24 m/s Základná rýchlosť vetra plynie zo vzťahu v b = c dir. c season. v b,0 Súčiniteľ smerovosti c dir je rovný 1,0. Tiež hodnota súčiniteľa sezónnosti c season = 1,0.

9 ZAŤAŢENIA VETROM Stredná rýchlosť vetra v m (z) vo výške z nad terénom závisí od drsnosti terénu a od základnej rýchlosti vetra v b podľa vzťahu v m (z) = c r (z). c o (z). V b = 24 m/s Terén vmieste havárie objektu nevykazuje prekáţky, ktoré by spôsobovali jeho drsnosť, preto c r (z) = 1,0. Navyše je rovinný, preto účinky orografie sú zanedbateľné a tak aj c o (z) = 1,0 Základný tlak q b = 0,5..v 2 = 0,5. 1, = 0,36 KN/m 2 Špičkový tlak vetra q p (z) v referenčnej výške konštrukcie stanu z e = 11,2 m vystihujúci vplyv strednej rýchlosti a krátkodobých fluktuácií rýchlosti vetra sa stanoví zo vzťahu q p (z) = c e (z). q b Súčiniteľ vystavenia vetru c e (z) = q b (z)/q b sa stanoví zo vzťahu c e z 1 7I v z vm v z 2 b

10 ZAŤAŢENIA VETROM Intenzita turbulencie I v (z) pre kategóriu terénu II s dĺţkou drsnosti z o = 0,05 m vo výške z = 11,2 m nad terénom so súčiniteľom turbulencie k I = 1,0 a súčiniteľom orografie c o = 1,0 sa určí zo vzťahu I v c Súčiniteľ terénu pre dĺţku drsnosti z o územia II k Súčiniteľ expozície r c r 0 ki.ln z z 0 z 019, z 10, 11,2 10,.ln 0, 05 0, , 0, , 0, 07 0, 07 0, 0,II 11,2 0, 05 = 0,05 v kategórii 019 z k.ln 019,.ln 1, 03 r z z0

11 ZAŤAŢENIA VETROM Stredná rýchlosť v m (z) sa potom určí nasledovne Súčiniteľ vystavenia vetru v m 1 z c z.c z.v 103, 10, 24 24, m. s r 0 b 7 c e z 1 7I v z vm v z b 2 24, , 2, 43 2 Maximálny dynamický tlak vetra q p (z) = c e (z). q e = 2,43. 0,36 = 0,875 kn/m 2 Výsledný tlak vetra na strechu je rozdielom tlakov na opačných povrchoch, uvaţovaný s ohľadom na ich znamienka Tlak vetra w e pôsobiaci na vonkajší povrch strechy stanu sa stanoví ako súčin maximálneho dynamického tlaku q p (z e ) a súčiniteľa vonkajšieho tlaku c pe, teda w e = q p (z e ). c pe

12 C pi =+1,40 C pi =+0,90 C pi =+0,40 C pi =+0,90 C pi =+1,40 C pe =+0,24 C pe =-0,87 C pe =-0,40 4,2m 7,0m 11,2m 4,2m 7,0m 11,2m ZAŤAŢENIA VETROM Na otvorenú konštrukciu Na uzavretú konštrukciu Pohl ad e=28m ; b=75m Pohl ad e=28m ; b=75m -0,76kNm 2-0,35kNm 2 0,79kNm 2 0,35kNm 2 0,79kNm 2 0,21kNm 2 1,22kNm 2 1,22kNm 2 A B C C A D A C e/5=5,6m 4 * e/5=22,4m d-e=17m d/10=4,5m 13,5m d/5=9,0m 13,5m d/10=4,5m d=45m d=45m Pôdorys Pôdorys

13 Korešpondujúce Na uzavretú konštrukciu sily vetra Sila vetra F w pôsobiaca na konštrukciu alebo jej časť sa urči zo vzťahu F w = c s c d. c f. q p (z e ). A ref, Súčiniteľ konštrukcie c s c d zohľadňuje účinok toho, ţe špičkové tlaky vetra na povrchy nevznikajú súčasne s účinkami kmitania konštrukcie vyvolaného turbulenciou vetra. Moţno ho rozčleniť na súčiniteľ veľkosti c s a na dynamický súčiniteľ c d. Pri budovách niţších ako 15 m sa môţe brať 1. Súčiniteľ sily na konštrukciu alebo jej časť c f = 1,0 q p (z e ) je špičkový tlak vetra v referenčnej výške z e A ref, referenčná plocha konštrukcie alebo jej časti. Sila na časť strechy medzi susednými stĺpmi pri vetre s normovou rýchlosťou 24 m/s má pri uzavretom stane pri zaťaţovanej šírke 15,0 m hodnotu F standard = g f.15. w e. d i = 1,3.15.(0,21.5,6 0,76. 22,4 0,35.17) = - 425,06 kn F original = - 496,1 KN.

14 Korešpondujúce Na otvorenú konštrukciu sily vetra Sila vetra F w pôsobiaca na konštrukciu alebo jej časť sa urči zo vzťahu F standard = g f.15. w e. d i + g f.15. w i. d i = 1,3.15.(0,21.5,6 0,76. 22,4 0,35.17) + 1,3.15.(1,22.4,5 + 0,79. 13,5 + 0,35.9,0 + 0,79. 13,5 + 1,22.4,5) = ,53 KN kn F original = - 496,1 KN. Pri otvorenej konštrukcii je stane únosnosť je prekročená viac ako dvojnásobne