Cálculo da carga de vento em pontes rolantes: Guia completo sobre velocidade do vento, pressão do vento e limites de projeto

O cálculo da carga de vento em pontes rolantes é um dos aspectos mais importantes do projeto estrutural de pontes rolantes e da operação segura em ambientes externos. Seja projetando uma ponte rolante... pontes rolantes, guindastes de pórticoEm guindastes RTG, RMG ou guindastes porta-contêineres, os engenheiros devem determinar com precisão a velocidade do vento de projeto, a pressão do vento e os limites de vento operacionais para garantir resistência estrutural, estabilidade e desempenho anti-tombamento. Cálculos incorretos de carga de vento podem resultar em tensão estrutural excessiva, descarrilamento do guindaste, deslizamento, tombamento ou danos graves ao equipamento durante ventos fortes ou condições de tufão.

Este guia explica os princípios de engenharia por trás do cálculo da carga de vento em guindastes, com base nas normas GB/T 3811-2008, GB/T 6067.1-2010, GB/T 28591-2012 e GB/T 43237-2023, abrangendo fórmulas de pressão do vento, conversões de velocidade do vento, classificações da força do vento na escala de Beaufort, categorias de tufões e os limites de velocidade do vento para operação de diferentes tipos de guindastes.

1. Requisitos do anemômetro e do alarme de velocidade do vento

1. Para guindastes de grande altura instalados ao ar livre, um anemômetro deve ser instalado em uma posição elevada e a favor do vento no guindaste. (GB/T 6067.1, Cláusula 9.6.1.1)
2. Guindastes de grande altura instalados ao ar livre devem ser equipados com um dispositivo de alarme de velocidade do vento que exibe a velocidade instantânea do vento e deve emitir um sinal de alarme quando a força do vento exceder o limite de velocidade do vento de projeto em serviço. (Cláusula 9.6.1.2)
3. A operação do guindaste é proibida quando a velocidade do vento exceder a velocidade máxima de trabalho especificada pelo fabricante. (Cláusula 17.1)

2. Velocidade do vento de projeto e pressão do vento de projeto

A pressão de vento de projeto em serviço é dividida em dois níveis:

• pⅠ — pressão de vento de projeto em condições normais de trabalho, usada para seleção da potência do motor (cálculo da resistência e verificação térmica)
• pⅡ — pressão máxima de vento de projeto em serviço, usada para verificações de resistência, rigidez e estabilidade de componentes estruturais, verificação da capacidade de sobrecarga do acionamento e estabilidade anti-tombamento e segurança antiderrapante em serviço.

pⅠ = 0,6 × pⅡ

A pressão de vento de projeto fora de serviço pⅢ é a pressão máxima de vento que o guindaste deve suportar quando não estiver em operação. Ela é usada para verificações de resistência fora de serviço, verificação de estabilidade anti-tombamento e para o projeto de grampos de trilho, dispositivos de ancoragem e dormentes de tempestade.

A relação fundamental entre pressão do vento e velocidade do vento (aplicável tanto em condições de operação quanto fora de serviço):

p = 0,625 × Vs²

Relação chave de conversãoA velocidade de projeto do vento (Vs) é uma rajada de 3 segundos medida a 10 m de altura em terreno aberto. Para condições de operação, Vs = velocidade média do vento em 10 minutos × 1,5 (ver Tabela 3). Para condições fora de operação, Vs = velocidade média do vento em 10 minutos × 1,4 (ver Tabela 4). A velocidade média do vento em 10 minutos é a referência da escala de força do vento meteorológico.

A Derivação Central

Das tabelas 2 e 3, para guindastes operando em condições normais de vento:

• Pressão máxima de vento de projeto: 250 N/m²
• Velocidade máxima do vento projetada (rajada): 20 m/s
• Força do vento correspondente: Força 6

É por isso que o alarme de velocidade do vento deve disparar na força 6 — essa é a velocidade limite da rajada para a qual a estrutura e a estabilidade do guindaste são projetadas em operação normal.

Conforme a Tabela 4, para guindastes terrestres fora de serviço:

• Pressão mínima de vento de projeto fora de serviço: 500 N/m²
• Velocidade mínima do vento de projeto fora de serviço (rajada): 28,3 m/s
• Força do vento correspondente: Força 8

É por isso que o guindaste deve ser ancorado com uma força de ancoragem de 8 graus — essa é a condição mínima de projeto para guindastes fora de serviço em áreas continentais.

3. Classificação da Escala de Força do Vento

3.1 Terminologia

• Velocidade do vento: a distância horizontal percorrida pelo ar por unidade de tempo. Unidades comuns: m/s, km/h ou nós. (GB/T 28591-2012)
• Força do vento: a intensidade do vento, geralmente expressa em números da escala de força do vento. A escala de Beaufort é usada internacionalmente. (GB/T 28591-2012)

3.2 Escala de Força do Vento

Conforme GB/T 28591-2012 Escala de força do ventoA força do vento é classificada em 18 níveis: de 0 a 17.

Escala de Beaufort para intensidade do vento: 3,3

A escala de Beaufort foi criada por Francis Beaufort (1774–1857) em 1805 e expandida em 1946. Ela correlaciona os níveis de força do vento com características observáveis da superfície terrestre.

4. Classificação de tufões

Os tufões são classificados em cinco níveis de intensidade: tempestade tropical, tempestade tropical severa, tufão, tufão severo e supertufão. As velocidades médias máximas do vento perto do centro e as características correspondentes da superfície terrestre estão detalhadas na Tabela 7.

5. Limites de velocidade do vento para operação de guindastes por tipo

ObservaçãoAs velocidades do vento listadas nos itens 1 a 12 acima são todas velocidades de vento de projeto — ou seja, velocidades de rajada de 3 segundos, que são 1,5 ou 1,4 vezes os valores de referência da classificação da força do vento meteorológico. Para tipos de guindaste não listados, consulte a norma de produto aplicável.

6. Resumo do Cálculo da Carga de Vento em Pontes Rolantes

7. Cálculo da carga de vento em pontes rolantes: principais conclusões de engenharia

O cálculo preciso da carga de vento em pontes rolantes é fundamental para o projeto, operação e manutenção seguros de equipamentos de elevação ao ar livre. Ao determinar corretamente a velocidade do vento de projeto, a pressão do vento, as combinações de carga e os limites de vento operacionais, os engenheiros podem otimizar o projeto estrutural, melhorar a estabilidade contra tombamento e selecionar dispositivos de proteção contra vento adequados, como anemômetros, grampos de trilho, sistemas de ancoragem e amarras para tempestades. Compreender a relação entre os dados meteorológicos do vento, a pressão do vento de projeto e as condições de operação da ponte rolante é igualmente importante para prevenir falhas relacionadas ao vento e garantir operações de elevação seguras.

Seguindo os métodos de cálculo e os requisitos de projeto especificados na norma GB/T 3811, juntamente com as disposições de segurança da GB/T 6067.1 e as normas aplicáveis aos produtos de guindastes, fabricantes, projetistas e equipes de manutenção podem estabelecer procedimentos confiáveis de avaliação da carga de vento para pontes rolantes, pórticos rolantes, RTGs, RMGs, guindastes portuários e outros equipamentos de elevação para uso externo. O cálculo correto da carga de vento não só melhora a segurança operacional, como também prolonga a vida útil do equipamento e aumenta a confiabilidade a longo prazo em condições ambientais adversas.

Principais normas de referência(Consulta sobre as normas chinesas para guindastes):

• GB/T 6067.1-2010 Regras de segurança para içamento de equipamentos — Parte 1: Geral
• GB/T 3811-2008 Regras de projeto para guindastes
• GB/T 43237-2023 Orientações públicas para a prevenção de desastres meteorológicos — Tufão
• Escala de vento GB/T 28591-2012

Cristal

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