Caricamento secondo EN 1991-1-4 e sicurezza contro il ribaltamento di cilindri circolari

Articolo tecnico

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Questo articolo descrive la determinazione dei coefficienti di forza usando un carico del vento e il calcolo di un fattore di stabilità dovuto al ribaltamento.

Fattore di sicurezza dell'inclinazione <1: Esiste il rischio che il componente si ribalti.
Fattore di sicurezza dell'inclinazione = 1: Il momento di rigidezza e il momento di stallo sono uguali. Il modello è instabile e non si può escludere che si inclini.
Fattore di sicurezza dell'inclinazione> 1: Il modello non è a rischio di ribaltamento.

Esempio

Il cilindro circolare nell'esempio ha un diametro di 2,5 me un'altezza di 6 m. Il sito si trova nella zona di carico del vento 2 con la categoria di terreno 3.

Figura 01 - Carico del vento

Valore di base della velocità di base:
v b0 = 25,0 m/s

Fattore di direzione:
c dir = 1

Coefficiente di stagione:
c stagione = 1

Densità dell'aria a 1,013 hPa di pressione dell'aria e T = 10 ° C:
ρ = 1,25 kg/m³

Durezza cinematica dell'aria:
ν = 15 ∙ 10 -6

Velocità di base:
v b = c dir ∙ c stagione ∙ v b0 = 25,0 m/s

Pressione di base della velocità:
q b = 1/2 ∙ ρ ∙ v b 2 = 0,391 kN/m²

Pressione di picco:
q p = 1,5 ∙ q b = 0,586 kN/m²

Velocità della raffica:
$${\mathrm v}_\mathrm{ze}\;=\;\sqrt{\frac{2\;\cdot\;{\mathrm q}_\mathrm p}{\mathrm\rho}}\;=\;30,619\;\mathrm m/\mathrm s$$

Rugosità equivalente:
k = 0,2 mm (acciaio zincato)

Rapporto di rugosità e larghezza equivalenti:
k/b = 8 ∙ 10 -5

Numero di Reynolds:
$${\mathrm R}_\mathrm e\;=\;\frac{\mathrm b\;\cdot\;{\mathrm v}_\mathrm{ze}}{\mathrm v}\;=\;5,1\;\cdot\;10^6$$

Coefficiente di forza di base di un cilindro con snellezza infinita:
$${\mathrm c}_{\mathrm f0}\;=\;1,2\;+\;\frac{0,18\;\cdot\;\log\;({\displaystyle\frac{10\;\cdot\;\mathrm k}{\mathrm b}})}{1\;+\;0,4\;\cdot\;\log\;({\displaystyle\frac{{\mathrm R}_\mathrm e}{10^6}})}\;=\;0,7666$$

Snellezza efficace:
λ = l/b = 2.4

Fattore di riduzione:
ψ λ = 0,65

Coefficiente di struttura:
c s c d = 1

Superficie di riferimento:
A ref = l ∙ b = 15 m²

Coefficiente di forza:
c f = c f0 ∙ ψ λ = 0.498

Energia eolica:
F w = c s c d ∙ c f ∙ q p ∙ A ref = 4.377 kN

Area di carico dal vento:
F w = F w/A ref = 0,29 kN/m²

Fattore di stabilità dovuto all'inclinazione

Altezza del cilindro circolare:
h = 6 m

Distanza dei supporti:
a = 1,35 m

Peso proprio:
F G = 18.495 kN

Momento di inclinazione:
M K = F w ∙ h/2 = 13.13 kNm

Momento di rigidezza:
M S = F G ∙ a/2 = 12,48 kNm

Fattore di sicurezza di ribaltamento:
η = M S/M K = 0,95

Quando si calcola tramite RFEM, la posizione del risultante si traduce in un'estensione che si trova dietro il bordo di inclinazione del cilindro circolare. Il modello sarebbe quindi instabile se i supporti non fossero ulteriormente fissati contro l'estrazione.

Figura 02 - Posizione risultante

Letteratura

[1]Eurocodice 1: Azioni sulle strutture - Parte 1-4: Azioni generali - Carichi del vento; EN 1991-1-4: 2005 + A1: 2010 + AC: 2010
[2]Allegato nazionale - Parametri determinati a livello nazionale - Eurocodice 1: Azioni sulle strutture - Parte 1-4: Azioni generali - Carichi del vento

Parole chiave

Sbandamento laterale Cilindro circolare

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