Calcolo del carico del vento per gru a ponte: guida completa a velocità del vento, pressione del vento e limiti di progetto.

Il calcolo del carico del vento sulle gru a ponte è uno degli aspetti più importanti della progettazione strutturale delle gru e del funzionamento sicuro all'aperto. Sia che si tratti di progettare una gru a ponte, gru a ponte, gru a portalePer le gru RTG, RMG o per il trasporto di container da nave a terra, gli ingegneri devono determinare con precisione la velocità del vento di progetto, la pressione del vento e i limiti di vento operativi per garantire la resistenza strutturale, la stabilità e la resistenza al ribaltamento. Calcoli errati del carico del vento possono causare sollecitazioni strutturali eccessive, deragliamento della gru, slittamento, ribaltamento o gravi danni alle attrezzature in presenza di venti forti o tifoni.

Questa guida illustra i principi ingegneristici alla base del calcolo del carico del vento sulle gru, in conformità con le norme GB/T 3811-2008, GB/T 6067.1-2010, GB/T 28591-2012 e GB/T 43237-2023, e comprende le formule per la pressione del vento, le conversioni della velocità del vento, le classificazioni della forza del vento Beaufort, le categorie di tifoni e i limiti di velocità del vento operativi per i diversi tipi di gru.

1. Requisiti per l'allarme anemometro e velocità del vento

1. Per le gru a torre esterne, un anemometro deve essere installato in posizione sopraelevata e esposta al vento sulla gru. (GB/T 6067.1, Clausola 9.6.1.1)
2. Le gru per esterni ad alta quota devono essere dotate di un dispositivo di allarme per la velocità del vento che visualizzi la velocità istantanea del vento ed emetta un segnale di allarme quando la forza del vento supera la soglia di velocità del vento di progetto in esercizio. (Clausola 9.6.1.2)
3. L'utilizzo della gru è vietato quando la velocità del vento supera la velocità massima di lavoro specificata dal produttore. (Clausola 17.1)

2. Velocità del vento di progetto e pressione del vento di progetto

La pressione del vento di progetto in esercizio è suddivisa in due livelli:

• pⅠ — pressione del vento di progetto in condizioni di normale funzionamento, utilizzata per la selezione della potenza del motore (calcolo della resistenza e verifica termica)
• pⅡ — pressione massima del vento di progetto in esercizio, utilizzata per i controlli di resistenza, rigidità e stabilità dei componenti strutturali, la verifica della capacità di sovraccarico dell'azionamento e la stabilità antiribaltamento e la sicurezza antiscivolo in esercizio.

pⅠ = 0,6 × pⅡ

La pressione del vento di progetto fuori servizio pⅢ è la pressione massima del vento che la gru deve sopportare quando non è in funzione. Viene utilizzata per le verifiche di resistenza fuori servizio, la verifica della stabilità antiribaltamento e la progettazione di morsetti per rotaie, dispositivi di ancoraggio e tiranti antitempesta.

La relazione fondamentale tra pressione del vento e velocità del vento (applicabile sia alle condizioni di esercizio che a quelle di non esercizio):

p = 0,625 × Vs²

Relazione di conversione chiaveLa velocità del vento di progetto Vs è una raffica di 3 secondi misurata a 10 m di altezza in terreno aperto. Per le condizioni di esercizio, Vs = velocità media del vento su 10 minuti × 1,5 (vedere Tabella 3). Per le condizioni fuori esercizio, Vs = velocità media del vento su 10 minuti × 1,4 (vedere Tabella 4). La velocità media del vento su 10 minuti è il riferimento della scala meteorologica della forza del vento.

La derivazione del nucleo

Dalle tabelle 2 e 3, per le gru che operano in condizioni di vento normali:

• Pressione massima del vento di progetto: 250 N/m²
• Velocità massima del vento di progetto (raffiche): 20 m/s
• Forza del vento corrispondente: Forza 6

Ecco perché l'allarme di velocità del vento deve attivarsi a forza 6: è la velocità di raffica limite per la quale la struttura e la stabilità della gru sono progettate in condizioni di normale esercizio.

Dalla Tabella 4, per le gru interne fuori servizio:

• Pressione minima del vento di progetto fuori servizio: 500 N/m²
• Velocità minima del vento di progetto fuori servizio (raffiche): 28,3 m/s
• Forza del vento corrispondente: Forza 8

Ecco perché la gru deve essere ancorata a Forza 8: si tratta della condizione minima di progetto per la messa fuori servizio delle gru per acque interne.

3. Classificazione della scala di forza del vento

3.1 Terminologia

• velocità del vento: la distanza orizzontale percorsa dall'aria nell'unità di tempo. Unità di misura comuni: m/s, km/h o nodi. (GB/T 28591-2012)
• forza del vento: l'intensità del vento, comunemente espressa in numeri della scala Beaufort. La scala Beaufort è utilizzata a livello internazionale. (GB/T 28591-2012)

3.2 Scala della forza del vento

Secondo la norma GB/T 28591-2012 Scala della forza del ventoLa forza del vento è classificata in 18 livelli: da 0 a 17.

3.3 Scala Beaufort della forza del vento

La scala Beaufort fu ideata da Francis Beaufort (1774–1857) nel 1805 e ampliata nel 1946. Essa mette in relazione i livelli di forza del vento con le caratteristiche osservabili della superficie terrestre.

4. Classificazione dei tifoni

I tifoni sono classificati in cinque livelli di intensità: tempesta tropicale, tempesta tropicale intensa, tifone, tifone intenso e super tifone. Le velocità medie massime del vento in prossimità del centro e le corrispondenti caratteristiche della superficie terrestre sono dettagliate nella Tabella 7.

5. Limiti di velocità del vento per il funzionamento delle gru in base alla tipologia

NotaLe velocità del vento indicate nei punti da 1 a 12 sopra riportati sono tutte velocità del vento di progetto, ovvero velocità di raffica di 3 secondi, che sono pari a 1,5 o 1,4 volte i valori di riferimento per la classificazione meteorologica della forza del vento. Per i tipi di gru non elencati, fare riferimento alla norma di prodotto applicabile.

6. Riepilogo del calcolo del carico del vento per gru a ponte

7. Calcolo del carico del vento sulle gru a ponte: principali spunti ingegneristici

Il calcolo accurato del carico del vento sulle gru a ponte è fondamentale per la progettazione, il funzionamento e la manutenzione sicuri delle attrezzature di sollevamento per esterni. Determinando correttamente la velocità del vento di progetto, la pressione del vento, le combinazioni di carico e i limiti di vento operativi, gli ingegneri possono ottimizzare la progettazione strutturale, migliorare la stabilità antiribaltamento e selezionare dispositivi di protezione dal vento appropriati, come anemometri, morsetti per rotaie, sistemi di ancoraggio e dispositivi di fissaggio antivento. Comprendere la relazione tra i dati meteorologici del vento, la pressione del vento di progetto e le condizioni operative della gru è altrettanto importante per prevenire guasti dovuti al vento e garantire operazioni di sollevamento sicure.

Seguendo i metodi di calcolo e i requisiti di progettazione specificati nella norma GB/T 3811, unitamente alle disposizioni di sicurezza della norma GB/T 6067.1 e alle norme di prodotto applicabili per le gru, produttori, progettisti e team di manutenzione possono stabilire procedure affidabili per la valutazione del carico del vento per gru a ponte, gru a cavalletto, gru a portale su rotaia (RTG), gru a portale su rotaia (RMG), gru portuali e altre attrezzature di sollevamento per esterni. Un corretto calcolo del carico del vento non solo migliora la sicurezza operativa, ma prolunga anche la durata utile delle attrezzature e ne aumenta l'affidabilità a lungo termine in condizioni ambientali difficili.

Principali norme di riferimento(Richiesta di informazioni sugli standard cinesi per le gru):

• GB/T 6067.1-2010 Norme di sicurezza per gli apparecchi di sollevamento — Parte 1: Generale
• GB/T 3811-2008 Regole di progettazione per le gru
• GB/T 43237-2023 Guida pubblica per la prevenzione dei disastri meteorologici — Tifone
• GB/T 28591-2012 Scala del vento

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