валентному [3], При этом рассчитывается толщина стенки ЭГ 6, равномерно охватывающая цилиндр диаметром do = 10 мм, расположенный на высоте Л = 10 м над поверхностью земли.

Расчеты коэффициентов- корреляции и значимостей [5], характеризующих статистические связи между толщинами стенки ЭГ и максимальными скоростями ветра при ГИО v, выполненные по большому числу метеостанций, показывают, что связь между этими переменными незначительна, а коэффициенты корреляции близки к нулю. Это позволяет пользоваться для определения плотности распределения вероятностей со-сочетаний б и а выражением (2.2), для определения аппроксимации распределений толщин стенок ГИО и максимальных скоростей ветра при ГИО - формулой (2.1). Уравнение поверхности двумерного распределения накопленных относительных частот сочетаний 6 и о имеет вид (6):

Q(6,t>)= 1-/(6, 0) = =fesr 6rfe r r[j(6/6o/ X

X (с/с-ор) ехр

Х(6/6ер) -/e r(i;/Oep) ]lx Xd8dv, где к

пара-

метры уравнений Гудрича, характеризующие режимы ЭГ и ветра при ГИО соответственно; бср и ер ~ средние значения толщины стенки ЭГ и скорости ветра при ГИО соответственно.

В пересечении поверхности F (6; и) с плоскостями, параллельными плоскости бо, получают изолинии равной обеспеченности сочетаний 8 и v, характеризующие гололедно-ветровой режим метеостанции при соответствующем периоде повторения Г *

Гололедно-ветровое районирование

Нормативные сочетания скоростей ветра, действующих на высоте 10 м над поверхностью земли, с толщинами стенок ЭГ, соответствующими диа-

I

I] III

IV V V]

20,5 18,0 20,5 26,5 28.5 35,5

24,0 21,0 24,0 30,0 33,5 40,0

25,5 22,0 25,5 32,0 36,0 43,0

26,0 23.0 26,0 32,5 36,5 44,0

26,5 23,5 26,5 33,0 37,0 45,0

метру цилиндрических элементов конструкций 10 мм, расположенных на той же высоте, принимаются в зависимости от периодов их повторения Г *. Карта-схема гололедно-ветровых районов (ГВР) на территории СССР показана на рис. 2.2. Нумерация ГВР принята с учетом возрастания интенсивности гололедно-ветрового воздействия при увеличении номера ГВР.

Расчеты нормативных сочетаний 6 и V произведены с учетом их значений, установленных в [15]. Используя метод графической интерполяции [1, 3], получаем кривые Q (6) и вычисляем F (о). Аналогичные построения производим для максимальных скоростей ветра при ГИО. Определяем обеспеченность сочетаний б и о для заданных Г * по формуле = = (выборка состоит из годо-

вых максимумов ГИО). С учетом (2.2) F (о) = F/F (б), что позволяет определить скорости ветра при ГИО, соответствующие заданным Т *, по кривой Q (о). Построенные таким образом нормативные изолинии сочетаний б и о показаны на рис. 2.3,0.

Скорости ветра, действующие в различных ГВР в гололедный период года (с октября по апрель) при отсутствии ГИО на высоте 10 м над поверхностью земли, приведены в табл. 2.1.

При анализе результатов расчетов параметров гололедно-ветрового режима преимущественно учтены данные метеостанций, расположенных на наветренных склонах возвышен-

2.2. Воздействие ветра и гололеда 50° 60° 70° 80

60 70° 80° 90° 100°

Рис. 2.2. Гололедно-ветровое районирование СССР

ностеи и крутых берегах больших рек, вершинах возвышенностей и водораздельных плато с относительной высотой более 50 м, а также на островах и открытых побережьях морей. Это позволяет оценить возможные отклонения параметров гололедно-ветрового режима от нормативных значений. Для I ... V ГВР эти отклонения невелики, и, с учетом принципа равновероятного пребывания РЭА на территории характеризуемого района и понятия об изделии общего применения [12], допустимы. В горных местностях VI ГВР следует считаться с возможностью превышения нормативных значений скоростей ветра в 1,6 раза, а толщин стенок ЭГ в 2 раза [7]

При оценке работоспособности РЭА эксплуатируемой в условиях гололедно-ветровых воздействий, необходимы сведения не только об интенсивности МФ, но и о непрерывной продолжительности их действия Зависимости средней непрерывной продолжительности действия ветра в гололедный период года и ЭГ от их интенсивностей представлены на рис. 2.3, бив.

При расчете прочности элементов РЭА широко используется метод

эквивалентных нагрузок, основанный на обработке графиков загрузки этих элементов во времени. Для построения этих графиков необходимы сведения о суммарной продолжительности ветра и ЭГ f. Значения суммарных продолжительностей скоростей ветра за гололедный и теплый периоды одного года указаны в табл. 2.2, а огибающие кривые суммарных продолжительностей ЭГ за год представлены на рис. 2.3, г (продолжительность гололедного периода принимается равной 5110 ч).

Температура воздуха при ГИО в высокогорных местностях с отметками более 1000 м над уровнем моря и на территории к востоку от Енисея (очень холодный район [2]), за исключением береговой полосы океанов и морей (ширина береговой полосы принимается равной 100 км, но не более, чем до ближайшего горного хребта), принимается равной 253 К, а на остальной территории страны - равной 288 К. Абсолютный минимум температуры при ГИО в очень холодном районе принимается равным 233 К, а на остальной территории страны 238 К. В высокогорных местностях с отметками более 1000 м над уровнем моря и в

Таблица 2.1

Скорости ветра и [м/с] в гололедный период года при отсутствии ГИО

20 15 10 5 О

5 IS 15

О 5 10 15 цм/с

О 5 Ю 15

О 5 10 15 го v,M/a

15 10 5

S 10 го v,M/o

Ш 200 100

ffO 1/0

3 e 10 20 <?>/y

очень холодном районе в гололедный период следует считаться с возможностью абсолютного минимума температуры, равного 208 К, а на остальной территории страны - равного 233 К.

Нормативные ветровая и гололедная нагрузки. Гололедно-ветровая нагрузка определяется как геометрическая сумма ветровой (горизонтальной) и гололедной (вертикальной) нагрузок.

Нормативный ветровой напор р , действующий на наветренную поверхность конструкции в рассматриваемой зоне ее протяженности по высоте, рассчитывается по формуле

(2.3)

где jgPi) = 0,6l2u - скоростной напор ветра на высоте до 10 м над поверхностью земли. Па; Kh - поправочный коэффициент на возрастание СНВ в зависимости от высоты над поверхностью земли; Кр - Коэффициент порывистости СНВ;

К - коэффициент динамичности, учитывающий динамическое воздействие, вызываемое порывистостью СНВ.

Для цилиндрических элементов конструкций нормативная погонная гололедная нагрузка (/д определяется по формуле:

?6=981Я6К8К (do + SK6K6)x ХРд-10-в [Н/м],

где К* - поправочный коэффициент на возрастание толщины стенки ЭГ в зависимости от высоты над поверхностью земли; - поправочный коэффициент, учитывающий зависимость толщины стенки ЭГ от диаметра цилиндрического элемента. Для остальных элементов конструкций нормативная распределенная по площади гололедная нагрузка рд определяется по формуле:

Р5 = 66К Рб-Ю-з [Па]. (2.4)

При расчете степени заполнения проницаемых конструкций (решеток, сеток, ферм и т. п.) ГИО действительная толщина стенки отложения 6д определяется по формуле

бд= К ° 6,

где Кд ° - поправочный коэффициент, учитывающий действительную величину ГИО (табл. 2.3). Для промежуточных значений периода повторения определяется линейной интерполяцией.

Пример расчета. Требуется определить нормативные ветровые и гололедные нагрузки, действующие на

Таблица 2.2

Суммарная продолжительность (в часах) скоростей ветра v в ГВР за год

40 во е

SO 100fi,ff

Рис. 2.3, Нормативные изолинии сочетаний 6 и и для гололедно-ветровых районов ГВР I ... VI (а); зависимость непрерывной

продолжительности ветров i от их скорости о в гололедный период в ГВР 1 .. .VI (6); заввсимость непрерывной продолжительности гололеда от толщины стенки эквивалентного гололеда ЭГ 6 (в); зависимость толщины стенки ЭГ б от суммарной продолжительности гололеда (г);

зависимости К. К, = Hh), К = \ (Л и K=f(d) (д); зависимость Кр = f (/а при различных V (е)

Таблица 2.3

Значения поправочного коэффициента Кд ° при различной скорости ветра v [hi/c]

сплошной отражатель, установленный на высоте 50 м над поверхностью земли в VI ГВР при периоде повторения воздействия TJJ* = 20 лет и периоде собственных колебаний системы отражатель-опора Ге я= 1 с.

1, По изолинии б-о (рис. 2.3, а)

при Г * = 20 лет определяем сочетания б и о и заносим их значения в табл. 2.4.

2. По кривым рис. 2.3,д при /1 = 50м и Те ж 1 с получаем К, = 1,85 и К д=2,0. Формула (2.3) преобразуется к виду

р = \,Ш (1+2Кр) [Па].

(2.5)

Таблица 2.4

Сводные данные к расчету нормативных нагрузок

По кривым рис. 2.3, е получаем значение Кр, соответствующие скоростям V. и заносим их в табл. 2.4. Используя пары значений v и KJp, рассчитываем по формуле (2.5) Рв и заносим в табл. 2.4. В случае, когда б = О, скорость ветра при Т * = = 20 лет принимается равной 45 м/с по табл. 2. , чему на основании кривых рис. 2.3, е соответствует = = 0,29, и тогда рассчитанный по формуле (2.5) нормативный ветровой напор р = 1,13 452 (1 + 2 X Х 0,29) = 3610 Па.

3 По кривым рис. 2.3, д при h = = 50 м получаем IC* = 1,6, и тогда формула (2.4) приобретает вид

2.3, Воздействие влаги, пыли, солнечной радиации газа с металлом при высокой темпе-

= 8,65 6 [Па]

(2.6)

Используя указанные в табл. 2.4 значения б, рассчитываем по формуле (2.6) соответствующие им величины и заносим их в табл. 2.4.

2.3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЛАГИ, ПЫЛИ, СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ [2, И] *

Воздействие влаги

Воздействие влаги на металлы и изоляционные материалы имеет разную природу, но одинаковый конечный результат - разрушение исходной структуры материала. В металлах это происходит за счет коррозии, в изоляционных материалах - за счет влагопоглощения.

Термодинамической причиной коррозии является переход корродирующего металла из менее стабильного состояния, в котором он используется в конструкции РЭА, в более стабильное первоначальное состояние, из которого он был получен (в виде окислов, сульфидов, карбонатов ит. п.) На скорость коррозии влияют: концентрационная поляризация, перенапряжение и пассивность металлов.

Чисто химическая коррозия происходит во время реакции сухого

* Составитель Р. Г. Варламов.

ратуре (окалина на поверхности стали). Наличие влаги - причина электрохимической коррозии, реакции которой идут при низких температурах.

Коррозия может быть равномерной (по всей поверхности изделия), неравномерной (например, за счет поврех<дения защитного слоя и образования затем отверстий в металле) и межкристаллической (распространение вдоль границ кристаллов и разрывов их структуры).

Влага является причиной и различных побочных явлений, увеличивающих дестабилизирующее воздействие пыли и биологических факторов.

Влияние влаги на изоляционные материалы определяется отсутствием изоляционных пластмасс, которые могут противостоять воздействию влаги. Низкокачественные изоляционные материалы с макроскопическими порами или трещинами поглощают влагу за счет капиллярных эффектов. В высококачественных изоляционных материалах (используемых обычно в РЭА) определяющим фактором влагопоглощения является диффузия. При процессах герметизации важен третий режим - проникновение (режим переноса влаги через полупрозрачную оболочку).

Диффузия - поглощение изоляционным материалом (растворителем) растворяемого вещества (паров воды) до полного уравнивания давлений в окружающей среде и внутри изоляционного материала, после чего процесс поглощения влаги прекращается.

Проникновение водяных паров через пленку включает в себя три стадии: проникновение влаги через поверхность пленки со стороны повышенной концентрации влаги; диффузия влаги от наружной поверхности пленки к внутренней; выход влаги через внутреннюю поверхность пленки в область пониженной концентрации влаги. Свойства поверхности пленки оказывают существенное влияние.

Процесс диффузии определяется в основном свойствами, формой и размером изоляционной детали при наличии разности давлений водяных паров в среде и детали. Процесс про-

никновения определяется в основном разницей степени концентрации водяных паров между наружной и внутренней поверхностями перегородки.

За счет достаточно высокой электропроводности воды по сравнению с электропроводностью изоляционного материала при диффузии влаги имеет место существенное (на 2 ... 4 порядка) падение сопротивления изоляции, рост tg б и изменение относительной диэлектрической постоянной.

При поглощении или отдаче влаги (набухание и усадка) происходит изменение объема и размеров изоляционных деталей, что может быть причиной возникновения заметных механических напряжений в материале. Иногда это приводит к ускоренному и увеличенному влагопог-лощению (из-за трещин), нарушению механической прочности элементов или их работоспособности.

Сухое тепло и сухой холод. Некоторые сплавы меди при < - 20°С (253 К) склонны к холодной хрупкости. Термореактивные изоляционные материалы сохраняют свою форму до момента разрушения из-за термохимической цепной реакции разложения. Термопластические - при температурной перегрузке сначала становятся эластичными и текучими и только после этого разрушаются. Термочувствительны и многие резины.

Смазочные материалы при низкой температуре увеличивают свою вязкость и могут совсем застыть. При высокой температуре вязкость смазки уменьшается и смазка может совсем испариться.

Изменение температуры деталей особенно сложной формы и из разнородных материалов может быть причиной значительных механических напряжений и даже разрушений (гальванического или лакокрасочного покрытия, слоя глазури и т. п.).

Песок и пыль

Максимальная опасность - не относительно крупные частицы пыли и песка (у них меньше острых граней), а мелкие, взвешенные в атмосфере, с величиной зерна 1 ... 40 мкм. Результаты их воздействия в под-