ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

Определение гололедных нагрузок

(ISO 12494:2001,

Atmospheric icing of structures,

IDT)

Издание официальное

Москва Стандартинформ 2016

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом «Научно-исследовательский центр «Строительство» (АО «НИЦ «Строительство»), Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций им. В. А. Кучеренко (ЦНИИСК им В.А. Кучеренко) на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 международного стандарта, который выполнен Федеральным государственным унитарным предприятием «Российский научно-исследовательский центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия» (ФГУП «СТАНДАРТИН-ФОРМ»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 ноября 2016 г. № 1815-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 12494:2001, «Обледенение строительных конструкций в результате атмосферного воздействия» (ISO 12494:2001 «Atmospheric icing of structures», IDT).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с требованиями ГОСТ Р 1.5 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost ru)

© Стандартинформ. 2016

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ РИСО 12494-2016

духа близко к земле Такие температурные инверсии могут возникать в связи с теплыми фронтами или в долинах, где холодный воздух может оказаться запертым ниже верхних, более теплых воздушных слоев

Температура на поверхности обледенения близка к точке замерзания, и поэтому жидкая вода под действием ветра и гравитации может обтекать объект и замерзать также с подветренной стороны

Скорость образования гололеда зависит от следующих факторов

-    интенсивность атмосферных осадков.

-    скорость ветра.

-    температура воздуха

6.2.3    Мокрый снег

Мокрый снег может прилипать к поверхности объекта благодаря наличию свободной воды в частично растаявших кристаллах снега. Поэтому налипание снега происходит в тот момент, когда температура воздуха немного выше точки замерзания.

Если после налипания мокрого снега температура снизится, то снег замерзнет. Плотность и прочность налипания могут варьироваться в зависимости от многих факторов, включая долю растаявшей воды и скорость ветра.

6.2.4    Изморозь

Изморозь — наиболее общий тип внутриоблачного обледенения с образованием стенки с наветренной стороны линейных невращаемых объектов, т. е. объектов, которые не поворачиваются вокруг продольной оси из-за эксцентричной гололедной нагрузки.

При значительном обледенении небольших линейных объектов поперечное сечение стенки изморози имеет почти треугольную форму, верхний угол которой направлен в наветренную сторону, но по мере увеличения ширины (диаметра) объекта стенки льда начинают изменять свою форму (см. раздел 7).

Равномерно распределенный слой льда может сформироваться также в процессе внутриоблачного обледенения, когда объектом является почти горизонтальная «струна» (линейной формы), поворачивающаяся вокруг своей оси. Обледенение с наветренной стороны «струны» заставляет ее поворачиваться при достижении достаточного веса льда. Данный процесс может продолжаться в течение всего процесса гололедообразования В результате этого процесса вокруг «струны» образуется гололед более или менее цилиндрической формы.

Примечание — При температурах ниже примерно минус 20 "С содержание жидкой воды в воздухе становится таким незначительным, что внутриоблачного обледенения не происходит.

Наиболее интенсивное обледенение в виде изморози происходит в открытых горах (на побережье или материковой части) или там. где горные долины заставляют влажный воздух проходить через перевалы с последующим подъемом и увеличением скорости ветра за перевалом

Интенсивность образования изморози зависит от следующих факторов

-    размеры открытой части объекта,

-    скорость ветра,

-    содержание жидкой воды в воздухе;

-    распределение размеров капель,

-    температура воздуха.

6.2.5    Другие типы льда

Иней, продукт прямого перехода паров воды в лед. характерен для низких температур. Иней имеет низкую плотность и прочность, поэтому он не оказывает существенных нагрузок на конструкции.

6.3 Влияние топографии

Региональная и местная топография изменяет вертикальные потоки воздушных масс, влияя на интенсивность осадков облачной структуры и. соответственно, на условия обледенения.

Влияние местности на внутриоблачное обледенение и на обледенение в результате атмосферных осадков ощущается по-разному. В целом, топография может быть использована как основа для определения гололедных зон. Чаще всего подробное описание должно включать в себя следующее;

-    расстояние от побережья (в наветренную/подветренную сторону);

-    высота над уровнем моря;

-    местная топография (равнины, долины);

-    стороны гор. обращенные к морскому климату (в наветренную сторону);

-    высокогорные области, закрытые более высокими горами;

-    высокие горы, расположенные на высоких уровнях местности.

7

Наиболее сильное обледенение часто возникает 8 горных районах, где могут создаваться условия как для внутриоблачного обледенения, так и обледенения под воздействием атмосферных осадков. При этом последний тип обледенения обычно вызывается мокрым снегом.

Примечание — Когда ветер дует с моря, горы направляют влажный воздух вверх, в результате чего происходят конденсация паров воды и выпадение капель на наветренную сторону гор из-за охлаждения поднятого влажного воздуха

На подветренной стороне гор воздух облаков опускается, и капли воды (или кристаллы льда) испаряются, в результате чего облака рассеиваются

В горной местности локальная поверхность скалы высотой примерно 50 м может привести к существенному снижению внутриоблачного обледенения с ее подветренной стороны

Дополнительный подьем воздуха более высокими горами, расположенными дальше от побережья, вызывает новую конденсацию и образование облаков Однако в данном случае содержание жидкой воды в воздухе уже было снижено во время прохождения облаков через прибрежные горы Поэтому в горах, расположенных дальше от побережья, обледенение происходит менее интенсивно

В долинах, где холодный воздух попадает в «ловушку», интенсивное обледенение под воздействием атмосферных осадков происходит чаще всего на дне долины, а не на окружающих склонах

6.4 Изменение обледенения с высотой над поверхностью земли

Интенсивность обледенения сооружений может сильно изменяться 8 зависимости от высоты сооружения над уровнем земли, однако простая модель распределения гололеда в зависимости от высоты еще не построена.

В некоторых случаях лед на небольшой высоте над уровнем земли отсутствует, но на более высоких уровнях гололедная нагрузка может быть значительной, и наоборот.

Если образование сильного обледенения представляется возможным, то рекомендуется продолжить метеорологические наблюдения на данной площадке.

Примечание — На рисунке 2 показан типичный коэффициент увеличения массы гололеда с высотой над уровнем земли (но не над уровнем моря) Данный коэффициент допускается применять для всех типов гололеда (при отсутствии конкретных данных для данной местности), однако в действительности ситуация может оказаться более сложной, чем показано на рисунке 2

Влияние высоты может быть выражено также посредством установления ледовых классов для разных уровней высотных сооружений, таких как мачты, башни, вышки, подъемники и т д

Высота относительно среднего уровня местности Н. м

Рисунок 2 — Типичное изменение массы гололеда с высотой над уровнем земли

8

ГОСТ РИСО 12494-2016

7 Обледенение конструкций

7.1    Общие положения

В настоящем разделе рассматриваются принципы и процедуры определения характеристик гололедных воздействий на сооружения.

Для определения гололедных воздействий необходимо знать размеры и массу обледенения.

Метеорологические параметры, а также физические свойства льда и продолжительность обледенения определяют размеры и вес гололедных отложений, образовавшихся на заданном объекте.

Форма обледенения зависит, главным образом, от степени и типа обледенения, а также от размера. формы и ориентации объекта, подвергающегося воздействию.

Типы обледенения, указанные ниже, подразделяются на гололед (G) и изморозь (R). Мокрый снег относится к изморози.

Примечание — В одних и тех же метеорологических условиях интенсивность обледенения может изменяться с изменением размеров, формы и ориентации объекта, подверженного обледенению, по отношению к действию ветра

Наиболее сильное обледенение происходит на объектах, расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению ветра, а также на объектах с малыми размерами поперечного сечения Например, лед быстрее нарастает на тонкой проволоке, чем на толстой Однако при продолжительном обледенении размеры образовавшегося гололеда на обоих объектах будут почти одинаковыми Поэтому такие объекты, как канаты, мачтовые оттяжки. элементы антенн, решетчатые конструкции и т д могут подвергаться более интенсивному обледенению, чем объекты больших размеров или конструкции сплошного типа По этой же причине на объектах больших размеров обледенение будет концентрироваться на краях, острых кромках и т д

Что касается «одномерных» объектов (например, проволоки), расположенных параллельно направлению ветра, то они почти не будут подвергаться обледенению

7.2    Ледовые классы

Для того чтобы выразить ожидаемое значение толщины стенки гололеда, образовавшегося на определенной площадке, вводится понятие «ледовый класс» (1C).

Ледовый класс — параметр, который должен использоваться проектировщиками для определения предполагаемой степени обледенения на данной площадке.

Метеорологи могут предоставить информацию о ледовых классах, по которым определяют степень обледенения на определенной площадке. Интенсивность обледенения определяется ледовым классом, который в общих чертах указывает, какая толщина стенки гололеда ожидается и может быть учтена при определении соответствующих размеров.

Данные по ледовым классам в настоящем разделе используются в качестве рекомендаций, на основании которых можно определить гололедные воздействия при проектировании. Указанные ледовые классы охватывают возможные изменения толщины стенки гололеда для большинства, но не для всех площадок (для экстремальных обледенений следует применять 1C G6 и R10 в таблицах 3 и 4).

Примечание — При отсутствии опытных данных для получения необходимой информации по конкретной площадке следует провести измерения и/или модельные исследования

В отдельных областях ледовые классы могут меняться на достаточно коротких расстояниях Измерения следует проводить там. где ожидается наиболее интенсивное обледенение, или на указанных строительных площадках (см приложение В)

7.3    Определение ледового класса, 1C

Ледовые классы определяются характеристическим значением толщины стенки гололеда на контрольном коллекторе с 50-летним периодом повторяемости. Данный контрольный коллектор представляет собой цилиндр диаметром 30 мм и длиной не менее 0.5 м. расположенный на высоте 10 м над поверхностью земли и медленно поворачивающийся вокруг своей оси (см. В.З приложение В).

Ледовые классы можно определить:

-    по метеорологическим и/или топографическим данным совместно с использованием модели обледенения, или

-    по массе (весу) гололеда на погонный метр длины конструкции, измеренной на площадке.

Вышеизложенное означает, что при наличии одного из указанных выше наборов данных можно

определить правильный ледовый класс для определенной площадки.

9

Ледовые классы определяют и для гололеда, и для изморози, так как их характеристики отличаются друг от друга. Класс ICG предназначен для гололедных отложений, a ICR — для изморозевых отложений (мокрый снег рассматривают в данном случае как изморозь).

Массу гололеда всегда рассчитывают как площадь поперечного сечения образовавшегося гололеда (за пределами площади поперечного сечения заключенного в нем объекта), умноженную на плотность гололедных отложений.

7.4 Гололед

7.4.1 Общие положения

Классы ICG (гололед) определяются как определенная толщина стенки гололеда на контрольном ледовом коллекторе. В таблице 3 указаны значения толщины стенки и массы льда для каждого гололедного класса (ICG). На рисунке 3 приведена модель возможного обледенения по классу гололеда.

ТаблицаЗ — Ледовые классы для гололеда (ICG) (плотность льда — 900 кг/м3)

Ледовый класс (1C) Толщина стенки гололеда г. мм Масса гололеда т. кг/м Диаметр цилиндра, мм 10 30 100 эоо G1 10 0.6 1.1 3.1 8.8 G2 20 1.7 2.8 6.8 18,1 G3 30 3.4 5.1 11.0 28.0 G4 40 5.7 7.9 15,8 38,5 G5 50 8.5 11.3 21.2 49,5 G6 Следует использовать в случае экстремального обледенения

7.4.2 Гололед на решетчатых конструкциях

Значения массы и размеров, приведенные на рисунке 3 и в таблице 3. могут быть использованы непосредственно, и обычно нет необходимости в корректировке гололеда из-за наложения в местах пересечения конструктивных элементов. Если показывает опыт, разрешаются допуски на интенсивное образование сосулек. В частности, это касается ICG3 и выше, в результате чего ветровые и гололедные нагрузки могут оказаться выше нагрузок, указанных в настоящем стандарте.

Рисунок 3 — Модель гололедного обледенения

Указанная толщина льда действительна также и для наклонных элементов. Толщину измеряют перпендикулярно длинной оси стержня, и она всегда является одинаковой во всех направлениях вокруг стержня/оси.

7.5 Изморозь

7.5.1 Общие положения

Класс ICR определяется как определенная масса льда на контрольном ледовом коллекторе. В таблице 4 показана зависимость между значениями массы и размеров льда и формой и размерами объекта, а также плотностью льда.

Если не указано иное, следует считать, что для профилей шириной до 300 мм вся изморозь имеет эллиптическую форму (см. рисунок 4).

10

Модель изморозевого обледенения на рисунке 4 основана на предварительном условии, что ледовый коллектор является невращаемым и почти горизонтальным.

В общем случае, масса отложений гололеда на профилях определяется классом ICR и плотностью льда, но размеры обледенения необходимо вычислить.

7.5.2 Изморозь на отдельных элементах

7.5.2.1    Общие положения

Для практического использования настоящего стандарта необходимо иметь информацию, подобную сведениям, указанным в нижеследующих таблицах. Как только определен класс ICR. могут быть вычислены соответствующие размеры стенки гололеда. Данные размеры могут незначительно изменяться в зависимости от используемого типа (стального) сечения.

7.5.2.2    Тонкие конструктивные элементы объекта шириной S 300 мм

На рисунках 4 и 5 показаны модели обледенения, объясняющие, как предположительно будут сформированы отложения гололеда и, следовательно, как будут составлены уравнения.

Размеры в миллиметрах

При наличии более точной информации, полученной, например, в результате прямых измерений, ее следует использовать. В противном случае для вычисления нагрузок и воздействий необходимо использовать следующие таблицы.

Примечание 1 — На рисунке 4 показана расчетная модель изморозевого обледенения стержней размерами до 300 мм На модели показано, что обледенение нарастает против направления действия ветра (с наветренной стороны объекта).

ГОСТ Р ИСО 12494-2016

Содержание

1    Область применения....................................................................................................................................1

1.1    Общие положения.................................................................................................................................1

2    Нормативные ссылки....................................................................................................................................2

3    Термины и определения...............................................................................................................................2

4    Обозначения.................................................................................................................................................2

5    Воздействия от обледенения.......................................................................................................................3

5.1    Общие положения.................................................................................................................................3

5.2    Статические нагрузки от обледенения.................................................................................................3

5.3    Воздействие ветра на обледеневшие конструкции............................................................................3

5.4    Динамические воздействия..................................................................................................................4

5.5    Повреждения, вызываемые падающим льдом...................................................................................4

6    Основы атмосферного обледенения..........................................................................................................4

6.1    Общие положения.................................................................................................................................4

6.2    Типы обледенения.................................................................................................................................5

6.3    Влияние топографии.............................................................................................................................7

6.4    Изменение обледенения с высотой над поверхностью земли..........................................................8

7    Обледенение конструкций...........................................................................................................................9

7.1    Общие положения.................................................................................................................................9

7.2    Ледовые классы.....................................................................................................................................9

7.3    Определение ледового класса. 1C........................................................................................................9

7.4    Гололед.................................................................................................................................................Ю

7.5    Изморозь..............................................................................................................................................Ю

7.6    Изморозь на решетчатых конструкциях.............................................................................................15

8    Ветровые воздействия на обледеневшие конструкции...........................................................................17

8.1    Общие положения...............................................................................................................................17

8.2    Одиночные элементы..........................................................................................................................17

8.3    Угол наклона........................................................................................................................................23

8.4    Решетчатые конструкции....................................................................................................................24

9    Сочетание гололедных и ветровых нагрузок............................................................................................25

9.1    Общие положения...............................................................................................................................25

9.2    Сочетания нагрузок.............................................................................................................................25

10    Несимметричная гололедная нагрузка на оттяжки................................................................................26

11    Воздействие падающего льда.................................................................................................................26

Приложение А (справочное) Уравнения, используемые в настоящем стандарте....................................28

Приложение В (справочное) Стандартные измерения гололедных воздействий....................................30

Приложение С (справочное) Теоретическое моделирование гололеда...................................................33

Приложение D (справочное) Климатическая оценка ледовых классов по метеорологическим

данным.................................................................................................................................40

Приложение Е (справочное) Рекомендации по применению настоящего стандарта..............................42

Библиография................................................................................................................................................47

Введение

Настоящий стандарт описывает воздействия от обледенения и может быть использован при проектировании определенных типов конструкций.

Его следует использовать совместно с ИСО 2394 и соответствующими стандартами CEN.

Настоящий стандарт в некоторых аспектах отличается от других международных стандартов, так как его тематика недостаточно изучена, а доступная информация по ней неудовлетворительна. В связи с этим он содержит больше, чем в обычном случае пояснений, дополнительных описаний и рекомендаций в приложениях.

Проектировщики могут полагать, что имеют более полную и адаптированную к их задачам информацию по отдельным специальным вопросам, чем приведенная в настоящем стандарте. Это может быть справедливо, особенно в будущем. Однако очень важно, чтобы проектировщики использовали настоящий стандарт полностью, а не только его отдельные части.

Главная цель настоящего стандарта — побудить проектировщиков задуматься о возможности обледенения конструкций и предпринять соответствующие действия.

По мере того, как все больше информации о природе атмосферного обледенения становится доступной в последние годы, в будущем может настоятельно потребоваться обновление настоящего стандарта.

Рекомендации приведены в виде примечаний после текста, который они дополняют. Они выделены меньшим размером шрифта. В рекомендациях содержатся информация и значения, которые могут понадобиться при проектировании, а также представлены результаты, определенно недостаточные для настоящего стандарта, но могущие во многих случаях быть полезными до тех пор. пока в будущем не появится более полная и точная информация.

Таким образом, проектировщики могут использовать информацию из рекомендуемых примечаний, но они должны понимать цели ее использования, а также учитывать результаты новых исследований и/или измерений, полученные после издания настоящего стандарта.

IV

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Определение гололедных нагрузок

Foundations of the design of buildmd structures Determination of icing loading

Дата введения — 2017—05—01

1 Область применения

Настоящий стандарт предназначен для применения при опредепении массы гололеда и ветровой нагрузки на обледеневшую конструкцию для следующих типов конструкций:

-    мачты;

-    башни;

-    антенны и антенные сооружения;

-    тросы, оттяжки, ванты и т. д.;

-    канатные дороги (подвесные дороги);

-    конструкции горнолыжных подъемников;

-    здания или их части, которые могут подвергнуться обледенению;

-    вышки для специальных типов сооружений, включая линии электропередачи, ветряные турбины

ит. д.

Атмосферное обледенение воздушных линий электропередачи рассматривается стандартами МЭК (Международная электротехническая комиссия).

Настоящий стандарт следует использовать совместно с ИСО 2394.

Примечание — Выше упомянуты некоторые типы конструкций, однако нужно рассматривать и другие типы Проектировщики должны думать о том. какие типы конструкций чувствительны к непредвиденному обледенению, и поступать соответственно

Во многих случаях только некоторые части сооружений следует рассчитывать на гололедные нагрузки, так как они более уязвимы к непредвиденному обледенению, чем сооружение в целом

Несмотря на то. что проектирование воздушных линий электропередачи относиться к области применения стандартов МЭК проектировщики при желании могут пользоваться настоящим стандартом для мачтовых сооружений под воздушные линии электропередачи (которые не рассматриваются стандартами МЭК)

1.1 Общие положения

В настоящем стандарте рассматриваются общие принципы определения нагрузки от обледенения конструкций, типов, указанных в 1.2.

В тех случаях, когда определенная конструкция прямо не охватывается настоящим или иным стандартом или рекомендациями, проектировщики могут воспользоваться концепцией настоящего стандарта. Однако пользователь должен всегда внимательно относиться к применимости стандарта (рекомендации) к той или иной конструкции.

Практическое применение данных, приведенных в настоящем стандарте, предполагает определенное знание о площадке размещения сооружения. Необходимо иметь количественные сведения о степени «нормального» обледенения (ледовых классах) для рассматриваемой площадки. Однако для многих регионов такая информация отсутствует.

Издание официальное

Но даже в этих случаях настоящий стандарт может быть полезным, так как местные метеорологи или другой опытный персонал могут провести с запасом надлежащую оценку ледового класса. Использование такой оценки при проектировании будет способствовать повышению безопасности сооружения по сравнению с тем. которое проектируется без учета проблемы обледенения.

2    Нормативные ссылки

Следующие нормативные документы содержат положения, которые включены в настоящий стандарт посредством ссылок в его тексте. Для датированных ссылок последующие изменения или пересмотр указанных изданий не применимы В то же время сторонам соглашения на основе настоящего стандарта следует изыскать возможность применения наиболее поздних изданий нижеуказанных нормативных документов. Для недатированных ссылок применяют последнее издание нормативного документа. У членов ИСО и МЭК имеются указатели актуальных международных стандартов.

ISO 2394:1998, General principles on reliability for structures (Общие принципы надежности конструкций)

ISO 4354:1997. Vtfnd actions on structures (Ветровые воздействия на сооружения)

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

3.1    нарастание гололеда (accretion): Процесс нарастания гололеда на поверхности объекта, приводящий к различным типам обледенения конструкции.

3.2    коэффициент лобового сопротивления (drag coefficient): Коэффициент формы для объекта. который используется при расчете усилий от ветра в направлении его действия.

3.3    гололед (glaze): Чистый лед высокой плотности.

3    4 гололедное воздействие (ice action): Воздействие нарастающего гололеда на конструкцию, рассматриваемое как нагрузка от собственного веса гололеда, а также как воздействие ветра на обледеневшую конструкцию.

3.5    ледовый класс;1С (ice class. 1C): Классификация характеристического (нормативного) значения гололедной нагрузки с предполагаемым периодом повторяемости в среднем один раз в 50 лет на контрольном гололедном коллекторе, расположенном в определенном месте.

3.6    внутриоблачное обледенение (in-ck>ud icing): Обледенение, вызванное переохлажденными каплями воды в облаках или туманом.

3.7    обледенение вследствие атмосферных осадков (precipitation icing): Обледенение, причинами которого могут быть:

a)    переохлажденный дождь или изморось;

b)    накопление мокрого снега.

3.8    период повторяемости (return period): Среднее количество лет, в течение которых в статистическом смысле происходит однократное превышение указанного воздействия.

Примечание — Длинный период повторяемости означает низкую интенсивность трансгрессии (т е явление происходит редко), а короткий период повторяемости означает высокую интенсивность трансгрессии (т е явление происходит часто).

3.9    изморозь (rime): Белый лед с включением воздуха.

4    Обозначения

В настоящем стандарте применяются следующие обозначения:

С, — коэффициент лобового сопротивления обледеневшего объекта;

Cq з — коэффициент лобового сопротивления для больших объектов (шириной > 0.3 м);

С₀ — коэффициент лобового сопротивления объекта, свободного от гололеда;

D —диаметр прироста гололеда или полная ширина объекта, включая гололед, мм;

F_w — усилие от ветра. Н/м;

L — длина стенки гололеда, измеренная с наветренной стороны, мм;

т — масса отложений гололеда на метр длины, кг/м;

2

ГОСТ РИСО 12494-2016

m_w — масса гололеда на больших объектах, кг;

Т — период повторяемости, год; t    — толщина льда, мм;

t_a    — температура воздуха. °С;

И/ — ширина объекта (включая лед), перпендикулярная направлению ветра, мм; а — угол между направлением ветра и продольной осью объектов, град; у — плотность льда, кг/м¹;

9    — угол атаки ветра в вертикальной плоскости, град;

Площадь открытого участка

т — коэффициент сплошности:    -

Общая площадь участка в пределах наружных границ

т* — повышенное значение х, вызванное обледенением, для применения в расчетах:

0    — коэффициент сочетаний.

5 Воздействия от обледенения

5.1    Общие положения

Основные воздействия от обледенения — это повышенные вертикальные нагрузки на обледеневшую конструкцию и повышенное лобовое сопротивление, вызываемое увеличением наветренной площади. Последнее может привести к большим ветровым нагрузкам, чем при отсутствии обледенения.

Примечание — В настоящем разделе описан механизм воздействия гололедной нагрузки на конструкцию Это поможет проектировщикам лучше понять данное явление и позволит им использовать настоящий стандарт даже в случаях, не описанных в нем.

5.2    Статические нагрузки от обледенения

Различные типы конструкций проявляют большую или меньшую чувствительность к обледенению. Несколько таких примеров приведено ниже;

a)    Растянутые стальные тросы, канаты, оттяжки и т. д. обычно очень чувствительны к обледенению; соответственно, оно может привести к значительному повышению растягивающих усилий в этих элементах.

b)    Тонкие решетчатые конструкции, в частности мачты с оттяжками, чувствительны к возрастанию осевых сжимающих усилий с ростом обледенения конструкции.

c)    Антенны и антенные конструкции легко подвергаются перегрузкам при возрастании гололеда, если они не были предусмотрены. В частности, небольшие крепежные детали не выдерживают при добавлении повышенной нагрузки к другим воздействиям, так как лед способен с легкостью удвоить нормальную нагрузку.

d)    «Провисание льда» на ненесущих элементах может оказаться разрушительным. Ненесущие элементы, такие как антенны и тросы, могут подвергаться воздействию не предусмотренных гололедных нагрузок, так как лед провисает на элементах, покрывает их или давит на них. При этом такое воздействие может оказаться значительно более высоким, чем обычная нагрузка от их обледенения.

e)    Нагрузка от нарастающего гололеда может легко привести к деформации или повреждению элементов ограждающих конструкций (обшивки и т. д.) и вызвать их разрушение, если лед не сбросить прежде, чем усилия значительно возрастут.

5.3    Воздействие ветра на обледеневшие конструкции

Такие конструкции, как мачты и башни, вместе с натянутыми стальными тросами, канатами, оттяжками и т. д., являются чувствительными к повышенному лобовому сопротивлению ветра, вызванному обледенением.

Ветровое воздействие на обледеневшие конструкции может рассчитываться по тем же принципам. что и воздействие на конструкции, свободные от гололеда. Однако как размеры конструктивных

элементов, так и коэффициенты лобового сопротивления подлежат изменению. Поэтому главная задача настоящего стандарта заключается в том, чтобы определить правильные значения:

-    размеров и веса гололедных отложений;

-    формы гололедных отложений;

-    коэффициентов лобового сопротивления гололедных отложений.

5.4    Динамические воздействия

Важными динамическими характеристиками сооружения являются его собственные частоты.

Обычно собственные частоты сооружения значительно снижаются в условиях сильного обледенения. Это важно при проведении динамических исследований, так как низкие частоты, как правило, являются решающими.

Кроме того, при изменении формы поперечного сечения вследствие нарастания гололедных отложений может потребоваться проведение динамических исследований. Например, эксцентричный профиль гололеда на тросе или оттяжхе может вызвать аэродинамическую неустойчивость, которая ведет к возникновению сильных колебаний (например, галопированию). Также полностью обледеневшие секции мачт или вышек могут вызвать образование вихрей, что приведет к поперечным ветровым колебаниям.

Осыпание гололеда с конструкции способно вызвать серьезные динамические воздействия и напряжения в конструкции в зависимости от типа конструкции, количества и свойств гололеда. Такие динамические воздействия требуют изучения, если рассматриваемая конструкция окажется чувствительной к ним. Для сильно обледеневших оттяжек мачт необходимо учитывать также значительные динамические вибрации, которые возникают при осыпании гололеда (см. раздел 10).

Примечание —Данное явление приводило к полному разрушению очень высоких мачт с оттяжками

5.5    Повреждения, вызываемые падающим льдом

Если конструкция обледенела, то рано или поздно лед начнет с нее отпадать. Отпадение гололеда может быть полным или (чаще) частичным.

Опыт показывает, что отпадение гололеда начинается обычно при повышении температуры. Как правило, слой гололеда не стаивает с конструкции, а разрушается под действием малых перемещений, вибраций и т. л. и отваливается по частям.

Избежать падения льда практически невозможно, поэтому данное явление следует учитывать на стадии проектирования и выбора площадки для сооружения.

При падении с большой высоты лед может повредить несущие и ненесущие (антенны и т. д.) элементы конструкции. Оценивая риск повреждения элементов конструкции, особое внимание уделяют высоте падения льда, так как при большей высоте возрастают динамические усилия от падающего льда. Для защиты конструкций от повреждения или для минимизации повреждений используют специальную защиту в виде экранов.

Примечание — О «провисании льда» см также перечисление d) 5.2. о несимметричном обледенении оттяжек — раздел 10 и о падении гололеда с конструкций — раздел 11.

6 Основы атмосферного обледенения

6.1 Общие положения

Выражение «атмосферное обледенение» включает в себя все процессы, при которых перемещающиеся или падающие капли воды, дождь, изморось или мокрый снег в атмосфере начинают примерзать или прилипать к любому объекту, находящемуся на открытом воздухе.

В настоящем разделе рассматриваются процессы образования гололеда и типы обледенения. Теоретические описания данных процессов приведены в приложениях С и D.

Примечание — В отличие от таких метеорологических параметров, как температура, осадки, ветер и высота снежного покрова, данные об обледенении носят крайне ограниченный характер

Широкое разнообразие местных топографических и климатических условий, а также скудная информация об обледенении затрудняют стандартизацию гололедных воздействий

Все это требует проведения соответствующих исследований на местном (национальном) уровне, при этом такие исследования следует проводить на базе настоящего стандарта (см приложение В) Настоятельно необходимо приступить к сравнению собранных данных и к обмену опытными данными, так как это будет способствовать повышению качества знаний в этой области и накоплению необходимых данных для последующей детальной разработки стандарта по атмосферному обледенению

4

ГОСТ РИСО 12494-2016

Необходимо собрать подробную информацию о частоте обледенения, его интенсивности и т д

С этой целью могут применяться следующие методы:

-    А — сбор имеющихся опытных данных,

-    В — моделирование обледенения на основе известных метеорологических данных,

-    С — прямые многолетние измерения гололеда

Метод А эффективнее на начальном этапе, так как он позволяет быстро получить информацию в достаточном объеме Однако при этом будет необходимо иметь разные типы конструкций, установленных в надлежащих местах, с тем чтобы собрать достаточно обширную информацию о частоте и интенсивности обледенения Для этого потребуется консультация опытных специалистов в данных областях, например штатных сотрудников телекоммуникационных и энергетических компаний, метеорологической службы и т д Рекомендуется начинать исследования именно с этого метода в ожидании результатов прямых измерений в рамках метода С

Для метода В обычно требуются дополнительные данные или допущения о параметрах

Принципы моделирования гололеда представлены в приложениях С и D

Для метода С следует использовать стандартизованные измерительные устройства, находящиеся в условиях, соответствующих площадке строительства, или на действующей строительной площадке

Очень важно, чтобы измерения проводились по определенной стандартной методике, описание которой приведено в приложении В

Измерения следует проводить на протяжении достаточно длительного периода времени, с тем чтобы накопить надежную базу данных для последующего анализа Период измерений может составлять от нескольких лет до десятков лет в зависимости от условий.

При этом не исключаются и кратковременные серии измерений, которые могут изучаться или отдельно, или совместно с результатами длительных метеорологических наблюдений статистическими методами или (лучше) физическими методами в сочетании с теоретическими моделями

6.2 Типы обледенения

6.2.1 Общие положения

Атмосферное обледенение традиционно классифицируется согласно двум различным процессам образования гололеда:

a)    обледенение вследствие атмосферных осадков;

b)    внутриоблачное обледенение.

При этом для классификации допускается использовать и другие параметры, см. таблицы 1 и 2.

Физические свойства и внешний вид обледенения зависят от метеорологических условий во время образования гололеда.

Помимо характеристик, указанных в таблице 1, для описания характера обледенения допускается использовать и другие параметры, такие как прочность на сжатие (текучесть и разрушение), прочность на сдвиг и т. д.

Максимальная толщина стенки гололеда зависит от нескольких факторов, самыми важными из которых являются влажность, температура и продолжительность гололедообразования.

Главные предпосылки для существенного обледенения — размеры открытой поверхности объекта и его ориентация к направлению ветра при гололедообразовании. Более детально данный вопрос рассматривается в разделе 7.

Таблица 1 — Типовые характеристики атмосферного обледенения

Тип льда Плотность кг/м3 Адгезия и когезия Общий внешний вид Цвет Форма Гололед 900 Сильная Прозрачный Равномерно распределенная/сосульки Мокрый снег 300-600 Слабая(образование) сильная (замерзание) Белый Равномерно раслределенкая/эксцентр^тчная Твердая изморозь 600—900 Сильная Матовый Эксцентричная, с наветренной стороны Мягкая изморозь 200—600 От слабой до средней Белый Эксцентричная, с наветренной стороны

Примечание — На практике гололедные отложения образуются слоями, состоящими из разных типов льда (см таблицу 1), однако с точки зрения проектировщика типы льда не требуют более детального описания В таблице 2 приведен общий обзор основных метеорологических параметров, управляющих гололедообразованием Облако или туман состоят из мелких капель воды или кристаллов льда Даже если температура находится ниже точки замерзания воды, капли воды могут оставаться в жидком состоянии Такие переохлажденные капли немедленно замерзают при столкновении с объектами, находящимися в воздушном потоке

5

Т а б л и ц а 2 — Метеорологические параметры, управляющие атмосферным обледенением

Тип льда Температура Скорость Размер Содержание воды Типовая продолжи- воздуха *С ветра м'с капли в воздухе тельность осадков Обледенение вследствие атмосферных осадков Гололед (замерзающий дождь или изморозь) - 10 < fa < 0 Любая Большой Среднее Часы Мокрый снег 0 < Га < + 3 Любая Хлопья Очень высокое Часы Внутриоблачное обледенение Гололед См. рисунок 1 См рисунок 1 Средний Высокое Часы Твердая изморозь См рисунок 1 См рисунок 1 Средний Средний Дни Мягкая изморозь См рисунок 1 См рисунок 1 Малый Низкое Дни

Примечание 2 — Если скорость потока капель воды в направлении объекта ниже скорости замерзания, то каждая капля замерзает прежде, чем следующая капля успеет удариться о то же место В этом случае обледенение называется сухим

При увеличении потока воды обледенение становится влажным, так как не достаточно времени для замерзания капель до столкновения со следующими каплями

В общем случае сухое обледенение приводит к образованию различных типов изморози (с содержанием пузырьков воздуха), в то время как влажное обледенение всегда приводит к образованию гололеда (твердого и прозрачного).

На рисунке 1 показаны параметры, управляющие образованием основных типов обледенения Плотность образующегося льда изменяется в широком диапазоне низкая (мягкая изморозь) — средняя (твердая изморозь) — высокая (гололед)

Скорость ветра, м/с

Примечание — С увеличением содержания жидкой воды и уменьшением размера объекта происходит смещение кривых влево

6.2.2 Гололед

Гололед — тип атмосферного обледенения, который имеет самую высокую плотность. Гололед образуется из замерзающего дождя, изморози или внутриоблачного обледенения и. как правило, приводит к равномерно распределенному обледенению.

Гололед может привести также к образованию сосулек; в этом случае лед будет иметь асимметричную форму

Образование гололеда возможно на любых объектах, когда изморозь или дождь идут при температуре ниже точки замерзания.

Примечание — Ледяной дождь или изморозь образуются, когда теплый воздух на высоте расплавляет кристаллы снега и образует дождевые капли, которые затем падают и проходят через переохлажденный слой воз-

1