|
|
"...Темные силы нас злобно гнетут"©
(или анализ нагрузок, действующих на забор)
<< Вступление | Часть 1 | Часть 2 >>
Итак, на забор действуют силы собственного веса и силы, вызванные внешними факторами, основным из которых является, конечно же, ветер. Если сила веса действует (почти) вдоль оси столба и (почти) не вызывает изгибающего момента, то ветер норовит дуть поперек забора, и вызывает порой очень значительную нагрузку, многократно превышающую нагрузку от собственного веса.
В результате на заборный столб действует изгибающий момент, достигающий максимума в месте выхода заборного столба из земли. Именно он является основной причиной разрушения (падения) забора. Сразу отметим, что все дальнейшие расчеты основаны на определении максимально допустимого изгибающего момента, действующего на столб в месте его жесткой заделки (у земли).
Моментом от собственного веса (тот, который «почти»…) - пренебрегаем как ничтожно малым. Расчет столба на сжатие (под собственным весом конструкции) не имеет смысла, т.к. даже для трубы квадратного сечения 60х2 мм предельная нагрузка составляет более 7,5 тн, что практически недостижимо при любой конструкции забора и из любых разумных материалов. По той же причине не рассматриваем расчет заборного столба на срез (или чистый сдвиг).
Кроме того, обойден нашим вниманием и расчет столба на устойчивость, т.е. нарушение геометрии стенок и искривление столба в целом из-за потери устойчивости. Расчетом мы пренебрегли ввиду его чрезмерной сложности и нецелесообразности в рамках данной статьи. Откровенно говоря, оценка устойчивости конструкций - самая сложная часть курса инженерно-конструкторского факультета... На практике же нет оснований для беспокойства, т.к. науке неизвестны случаи разрушения забора из-за потери столбами устойчивости. Принципиальная зависимость здесь проста: чем больше типоразмер столба и толщина стенки, тем более устойчив столб!
В данной статье мы рассчитываем не просто предъявить Вам голые цифры, демонстрирующие преимущества наших столбов, но предоставить инструмент для самостоятельного выполнения таких расчетов.
"Ветер, ветер, ты могуч…"©
Для начала определимся, какую силу на забор оказывает ветер. Эта сила зависит, во-первых, от скорости ветра, а также от температуры и атмосферного давления. Два последних фактора определяют плотность воздуха, т.е. его массу в одном кубическом метре. Для нормальных условий она составляет 1,22 кг/м3.
Из школьного курса физики мы помним, что с увеличением давления и уменьшением температуры плотность вещества возрастает и наоборот. Так что зимой и при повышенном давлении ветровая нагрузка чуть больше, а летом, при пониженном, – чуть меньше.
Все вышесказанное относится к сухому чистому воздуху. Если же имеет место снежная или песчаная буря или сильный ливень с порывами ветра, то плотность окружающей среды существенно увеличивается на неопределенную величину. В наших расчетах мы предусмотрим такое увеличение нагрузки, введя коэффициент, который в дисциплине «Сопротивление материалов» называется запасом прочности.
Несколько существенней дело обстоит со скоростью ветра. Если зависимость силы ветра от плотности воздуха – линейная, то от скорости – квадратичная, то есть изменяется пропорционально квадрату скорости. Таким образом, скорость ветра – определяющий фактор нагрузки на забор.
Упрощенная формула расчета силы, действующей на площадку размером 1 кв.м. выглядит так:
F=0.61V2/9,8
Где F – сила в кгс; 0,61 – 1/2 плотности воздуха (в нормальных условиях), V – скорость ветра в м/с, а 9,8 – это «g» или ускорение свободного падения для перевода непонятных Ньютонов (Н) в понятные килограмм-силы (кгс).
Для различных скоростей ветра его сила F, действующая на 1 кв.м забора приведена в таблице и на графике:
|
V, м/с |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
F, кгс |
1,56 |
6,22 |
14,01 |
24,90 |
38,90 |
Справедливости ради нужно отметить, что скорость ветра в 25 м/с наблюдается в московском регионе крайне редко, но раз в 5-10 лет такое происходит. Поэтому все же возьмем ее за критерий расчета прочности заборного столба. Ведь мы хотим построить забор не на 10 лет, а на 50-100, не так ли? Порывы ветра в 20 м/с – вполне обычное явление и происходят практически каждый год. При этом они могут случиться относительно внезапно, без объявления метеослужбами штормового предупреждения.
Прогнозы скорости ветра более 20 м/с обязательно сопровождаются объявлением штормового предупреждения по всем средствам массовой информации т.к. возникает реальная опасность человеческих жертв от летающих предметов (сучья и ветки, части крыш зданий...) а также от падений деревьев и легких строительных конструкций.
Согласно шкале Бофорта, принятой для оценки скорости ветра Всемирной метеорологической организацией, штормом считается скорость ветра в диапазоне от 20,8 до 24,4 м/с. Для справки, скорость ветра при урагане превышает 32,4 м/с. Он вызывает давление более 64 кгс на м2. Передвигаться и даже стоять на месте человеку практически невозможно.
Перейти в раздел каталога "Столбы для забора"
|