Sposób wyznaczania współczynników siły dla oddziaływania wiatru oraz sprawdzenie stateczności na obrót

Współczynnik bezpieczeństwa przed wywróceniem Element konstrukcyjny jest zagrożony przewróceniem się.
Współczynnik bezpieczeństwa przed wywróceniem = 1: Moment stabilizujący i moment wywracający są sobie równe. Model jest niestabilny i nie można wykluczyć, że się przewróci.
Współczynnik bezpieczeństwa przed wywróceniem 1: Model nie jest zagrożony przewróceniem się.

Przykład

Przykładem może być okrągły walec o średnicy 2,5 m i wysokości 6 m. Znajduje się w strefie obciążenia wiatrem 2 o kategorii terenu 3.

Obciążenie wiatrem

Wartość podstawowa prędkości podstawowej:
v_b0 = 25,0 m/s

Współczynnik kierunkowości:
c_dir = 1

Współczynnik sezonu:
c_sezon = 1

Gęstość powietrza przy ciśnieniu atmosferycznym 1,013 hPa i T = 10°C:
ρ = 1,25 kg/m³

Lepkość kinematyczna powietrza:
ν = 15 ∙ 10 ^-6 m ²/s  

Prędkość podstawowa:
v_b = c_dir ∙ c_sezon ∙ v_b0 = 25,0 m/s

Podstawowe ciśnienie prędkości:
q_b = 1/2 ∙ ρ ∙ v_b ² = 0,391 kN/m²

Szczytowe ciśnienie prędkości:
q_p = 1,5 ∙ q_b = 0,586 kN/m²

Prędkość szczytowa:

Zastępcza chropowatość powierzchni:
k = 0,2 mm (stal ocynkowana)

Stosunek zastępczej chropowatości powierzchni i szerokości:
k/b = 8 ∙ 10 ^-5

Liczba Reynoldsa:

Współczynnik siły dla cylindrów bez swobodnego przepływu:

Smukłość efektywna:
λ = l/b = 2,4

Współczynnik efektu końcowego:
ψ_λ = 0,65

Współczynnik konstrukcji:
c_s c_d = 1

Powierzchnia odniesienia:
A_ref = l ∙ b = 15 m²

Współczynnik siły:
c_f = c_f0 ∙ ψ_λ = 0,498

Siła wiatru:
F_w = c_s c_d c_f ∙ q_p ∙ A_ref = 4,377 kN

Obciążenie powierzchniowe od wiatru:
F_w = F_w/A_ref = 0,29 kN/m²

Współczynnik stateczności przy wywróceniu

Wysokość walca okrągłego:
h = 6 m

Odległość między podporami:
a = 1,35 m

Ciężar własny:
F_G = 18,495 kN

Moment wywracający:
M_K = F_w ∙ h/2 = 13,13 kNm

Moment stateczności:
M_S = F_G ∙ a/2 = 12,48 kNm

Współczynnik bezpieczeństwa przed wywróceniem się:
η = M_S/M_K = 0,95

Jeżeli do obliczeń zostanie użyty program RFEM, po położeniu wypadkowych można rozpoznać, że znajdują się one w jego przedłużeniu za wywiniętą krawędzią walca kołowego. Model byłby niestabilny, gdyby podpory nie były dodatkowo zabezpieczone przed wyrwaniem.

Lage der Resultierenden