Статистический анализ ветровой нагрузки города Волгограда за период с 2003 по 2012 годы

Статистический анализ ветровой нагрузки города Волгограда за период

с 2003 по 2012 годы

И.А.Сыроежкина, Г.В. Воронкова Волгоградский государственный технический университет, Волгоград

Аннотация: статья посвящена исследованию нормирования ветровой нагрузки по данным метеостанций на примере города Волгограда за период с 2003 по 2012 годы. Получены основные статистические характеристики, коэффициент надежности по ветровой нагрузке, построены розы ветров.

Ключевые слова: вероятностное проектирование, надежность, ветровая нагрузка.

Для обеспечения заданного уровня надежности возводимых зданий необходимо владеть полной информацией о ветровом режиме местности и работе сооружения под воздействием этих нагрузок [1-3]. В данной работе проводилось исследование величины ветровой нагрузки за период 10 лет в городе Волгограде.

Данные по ветровой нагрузке были получены из Волгоградского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды филиала Федерального государственного бюджетного учреждения «СевероКавказское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» при помощи доплеровского метеорологического радиолокатора.

По показаниям скорости ветра зафиксированных 6 раз в день (в 04:00, 07:00, 10:00, 16:00, 19:00, 22:00 часов) было найдено среднее значение за каждый день и определено направление ветра. В итоге было посчитано общее количество определенных направлений ветра за месяц и впоследствии построены розы ветров.

Для построения статистического ряда распределения скорости ветра случайная выборка значений ветровой нагрузки обрабатывалась в соответствии с правилами математической статистики [4,5,6] по формулам: определение вероятности наступлений события на интервале значений

т.

Рг =—; п

математическое ожидание события

МХ (сред- Рг );

дисперсия случайных величин

Б(х) = М(х2) - (М(х))2;

и среднеквадратическое отклонение

а( х) = Л/ОД.

Такие подсчеты велись по нескольким направлениям: выборки по каждому месяцу за 10 лет событием являлась величина ветровой нагрузки (рис.1); выборки по каждому месяцу за 10 лет событием являлось направление ветровой нагрузки; выборки по каждому году для определения преобладающего направлений ветра.

3.67

3.5

2.71 3.5 7.25

3.25 4 5 5.75 6.12

2.57 4.37 5.07 7

3.14 4.12 4.06 6.5

2.57 45 5.62 7.25

2.06 425 6 6.12

3.37 3.5 5.25 7

2.71 3.71 5.06 6.37 7.75

2.07 3.06 6 6.5 7.62

2.71 4.57 4.75 6.20 0 10.5

2.71 3.07 5.06 7.25 8.5 8.75 10.75

3.25 4 5.37 7 9.25 9.43 9.62

3 4.12 4.75 6.75 7.87 8.75 9.87

2.5 45 5 7.12 7.87 10.12 9.75

1.75 3.12 4 5.5 6.12 7.43 8.75 10.28

.87 3 4.62 5.06 6.43 7.37 9.43 10.14 11.28 13.71

.87 2.154 3.438 4.722 6.006 7.29 8.574 9.058 11.142 12.426

2.154 3.430 4.722 6.006 7.29 8.574 9.858 11.142 12.426 13.71

2 16 10 15 16 9 6 7 1 1

' 2.62 46.34 ' 73.16 82.3 107.06 71.66 55.23 70.91 11.20 13.71

1.31 2.89625 4.06444 5.48667 6.69125 7.96222 9.205 10.13 11.20 13.71

.0220 0.1750 0.1970 0.1640 0.1750 0.0989 0.0659 0.0769 0.0110 0.0110

Рис.1. Нахождение основных статистических характеристик Результаты таких расчетов сведены в табличные формы и розы ветров (часть из них представлена рис.2).

Рис.2. Роза ветров для февраля месяца за десятилетний период

Для моделирования скорости ветра V в метеорологии чаще всего используется распределение Вейбулла [7].

Для нормативного значения ветрового давления w0 с периодом повторяемости Тп и расчетного значения ветрового давления w с периодом повторяемости Тр коэффициент надежности определяется по формуле [8]:

7 f

0,43 2 w \ 1 ln \ (т p т \ ln (т Л p т \ /

w0 b 0,43^ 1 ln \ ( T Л n ,т, ln (т Л n ,т,

Нормативное ветровое давление для нашего случая вычисляется исходя из периода повторяемости 10 лет. Коэффициент надежности для ветровой нагрузки, согласно действующим нормам, у/ =1,4. Зона корреляции для скорости ветра в первом приближении может быть принята равной одним суткам: т=1 сут. Подставив эти значения в формулу запишем:

1,4 =

(lnTp - ln 1 b lnTp |

lnTn - ln 1 ln 3650 \ /

\1

l°§3650 Tp )

Решая это уравнение, получим выражение для коэффициента надежности

1,4^

T = 3650 2,

p '

где b - коэффициент, определяемый для каждой метеостанции отдельно. Полученные результаты применялись при оценке надежности и определении оптимальных параметров строительных конструкций [9,10].

Литература

1. Николас П.И. Определение влияния ветровых нагрузок на антенное сооружение // Инженерный вестник Дона, 2008, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2008/67.

2. Редькин А.В., Обыденов В. А., Козлов О.В. Компьютерное моделирование ветровой нагрузки с помощью метода конечных элементов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. № 2-1. с. 127-132.

2

2

2

3. Подобед Н.Е. Численное моделирование допустимых ветровых нагрузок для рабочего состояния механизмов передвижения портального крана типа ГАНЦ // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2010. т. 13. № 4-2. с. 957-962.

4. Демченко Д.Б., Касьянов В.Е. Оптимизационный метод статического расчета строительных конструкций с применением вероятностных законов с ограничениями // Инженерный вестник Дона, 2013, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1659.

5. Raizer V.D. Theory of Reliability in Structural Desing. - Journal of Applied Mechanics Reviews, USA, 2004. - Vol.57. - Nol. - pp. 1-21.

6. Raizer V.D. Reliability of Structures. Analysis and Applications, Backbone Publishing Company. - New York, USA, 2009. - 146 p.

7. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов: Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1964. - 275 с.

8. Пшеничкина В.А., Белоусов А.С. Оценка надежности зданий повышенной этажности при сейсмических воздействиях на основе критерия допустимого риска // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия 4: Естественно-математические и технические науки. 2008. № 4. с. 142-147.

9. Рекунов С.С. Об оценке надёжности и восстановлении эксплуатационных качеств мостовых сооружений // Интернет-журнал «Транспортные сооружения». 2016, Том 3, №2. URL: t-s.today/07TS216.html

10. Катеринина С.Ю. Организация интеграции современных расчетно-информационных комплексов при реализации модели расчета оптимальных параметров строительных конструкций // Интернет-Вестник ВолгГАСУ. 2016. № 1-2 (41). с. 6.

References

1. Nikolas P.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2008, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2008/67.

2. Red'kin A.V., Obydenov V.A., Kozlov O.V. Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tehnicheskie nauki. 2009. № 2-1. pp. 127-132.

3. Podobed N.E. Vestnik Murmanskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2010. t. 13. № 4-2. pp. 957-962.

4. Demchenko D.B., Kas'janov V.E. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1659.

5. Raizer V.D. Theory of Reliability in Structural Desing. Journal of Applied Mechanics Reviews, USA, 2004. Vol.57. Nol. pp. 1-21.

6. Raizer V.D. Reliability of Structures. Analysis and Applications, Backbone Publishing Company. New York, USA, 2009. 146 p.

7. Wejbull W. Ustalostnye ispytanija i analiz ih rezul'tatov [Fatigue testing and analysis of results]: Per. s angl. M.: Mashinostroenie, 1964. 275 p.

8. Pshenichkina V.A., Belousov A.S. Vestnik Adygejskogo gosudarstvennogo universiteta. Serija 4: Estestvenno-matematicheskie i tehnicheskie nauki. 2008. № 4. pp. 142-147.

9. Rekunov S.S. Internet-zhurnal «Transportnye sooruzhenija». 2016, Tom 3, №2. URL: t-s.today/07TS216.html.

10. Katerinina S.Ju. Internet-Vestnik VolgGASU. 2016. № 1-2 (41). p. 6.