Документ Microsoft Word. Здания и сооружения подверженные динамическим воздействиям Поражения от взрывчатых веществ
 Скачать 2.98 Mb.
|
|
Другой особенностью ударной волны является разряжение, возникающее вслед за высоким давлением. Разряжение значительно слабее ударной волны, но увеличивает эффект воздействия прямого удара и вызывает ряд специфических явлений, которые следует учитывать при проведение спасательных работ. Степень разряжения, т.е. снижение давления ниже атмосферного, не превышает 300кПа и быстро затухает по мере удаления от центра взрыва и снижения давления на фронте ударной волны. Однако длительность фазы разряжения превышает время фазы сжатия. Так при взрыве мощностью 1Мт фаза сжатия длится 1-5 секунд в зависимости от расстояния, а фаза разряжения—до 13 секунд при воздействии ударной волны сооружения испытывают всестороннее сжатие. В фазе разряжения сооружения так же испытывают нагрузки, но усилие значительно слабее и действует в обратном направлении (так называемый отсос). Оголовки смотровых колодцев на сетях коммунального хозяйства перекрывают стальными или чугунными крышками. Они выдерживают давление ударной волны 200-300кПа. Однако эти же крышки будут испытывать силу отсоса и за счет суммарного усилия направленного из нутрии колодца крышка может быть отброшена. Завал может быть завершен после того, как ударная волна прошла. Поэтому крышки закрепляют. Определение избыточного давления и давления разрешения. Основным признаком взрыва является мгновенное изменение давления, зависящего от температуры и объёма продуктов горения. Для замкнутого объёма, полностью заполненного взрывоопасной смесью и при полном сгорании её, при стехиометрической концентрации определяется по уравнению:  где: Рв – давление взрыва; Р0 - начальное значение давления в помещении. А при частичном загазовании по уравнению:  где: Wом - объём взрывоопасной смеси, при стехиометрической концентрации; Wпом - объем помещения, м3; Абсолютное давление, воздействующее на ограждающие конструкции при взрывном горении смеси в замкнутом объёме, определяется по уравнению Я.Б. Зельдовича:  При избыточном давлении более 50КПа происходит полное повреждение лесного массива. Для определения возможного характера разрушений и установления объема поисково-спасательных и других неотложных работ, обусловленных воздействием воздушной ударной волны, очаг ядерного поражения делят на четыре зоны . Зона полных разрушений возникает там, где избыточное давление во фронте ударной волны достигает 50кПа (0,5 кгс/см2) и более. Характер разрушений этой зоны такой же как при землетрясении 9 и более балов. В этой зоне полностью разрушаются жилые дома, промышленные здания и противорадиационные укрытия. Вокруг центра взрыва разрушаются убежища, получают различные разрушения или повреждения подземные сети коммунально-энергетического хозяйства. Большинство убежищ в зоне полных разрушений сохраняются. На территории населенных пунктов и объектов образуются сплошные завалы. Для зоны полных разрушений характерны массовые потери среди незащищенного населения, а также будут наблюдаться горения и тления в завалах. Зона сильных разрушений образуется при избыточном давлении во фронте ударной волны от 50 до 30 кПа ( 0,5-0,3 кгс/см^2 ) и составляет около 10% всей площади очага. Характер разрушений как при землетрясении баллов. Наземные здания и сооружения в основном будут иметь сильные разрушения. Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, образованием трещин в стенах и деформацией перекрытий нижних этажей. Убежища и подземные сети коммунально - энергитического хозяйства, а также большинство противорадиационных укрытий сохраняются. Подвалы в зданиях не повреждаются, если их перекрытия удержат нагрузку от обрушенных стен и междуэтажных перекрытий. В результате разрушений зданий и сооружений образуются местные завалы, переходящие ближе к границе зоны полных разрушений в сплошные. Для зоны характерны массовые, в значительной части безвозвратные потери среди незащищенной части населения. Люди, оставшиеся в зданиях, могут быть завалены, либо могут получить травмы и ожоги вне зданий легкой и средней тяжести. Кроме того, возможны поражения обломками построек, осколками стекла и другими летящими предметами, а также ‘’ вторичные ожоги ‘’ от пламени горящих зданий горючесмазочных материалов и т.п. При попадании в зону радиоактивного заражения, образующуюся при наземных и подземных взрывах, население подвергнется воздействию радиоактивных веществ. Зона средних разрушений характеризуется избыточным давлением во фронте ударной волны от 30 до 20кПа (0,3-0,2кгс/см^2 ) и занимает около 18% площади очага ядерного поражения. Характер разрушений как при землетрясении баллов. Убежища, противорадиационные укрытия и подвальные помещения полностью сохраняются. Деревянные здания будут сильно или полностью разрушены, каменные - получают средние и слабые разрушения. Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш и встроенных перегородок, окон, а также в возникновении трещин в стенах, обрушении отдельных участков чердачных перекрытий и стен верхних этажей. Подвалы сохраняются. После расчистки и ремонта может быть использована часть помещений нижних этажей. Слабое разрушение проявляется в разрушении оконных и дверных заполнений, легких перегородок; Частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью. Находиться в здании безопасно, и оно может эксплуатироваться после проведения текущего ремонта. В зоне средних разрушений образуются отдельные завалы. Для зоны характерны массовые санитарные потери среди незащищенного населения. Люди могут получить легкие травмы, ожоги, а при наземных взрывах возможны поражения радиоактивными осадками. Зона слабых разрушений образуется при избыточном давлении во фронте ударной волны от 20 до 10кПа (0,2-0,1кгс/см^2). На ее долю приходиться до 60% площади всего очага. В пределах этой зоны здания получают слабые разрушения. В некоторых местах образуются отдельные завалы. Методика определения динамических нагрузок от воздушных ударных волн Ограждающие и несущие конструкции убежищ рассчитывают на особое сочетание нагрузок, состоящих из постоянных, временных длительных нагрузок и нагрузок, создаваемых ВУВ. Динамические нагрузки от ВУВ в практических расчетах сводят к эквивалентным статическим нагрузкам, вызывающим в конструкции такие же деформации, как и динамические. 407 Если учитывать смещение ЗС сооружения и деформацию конструктивных элементов, то эквивалентные нагрузки определяют в два этапа. На первом этапе вычисляют динамические нагрузки на конструктивные элементы ЗС, а на втором — непосредственно статические нагрузки. Динамические нагрузки обычно характеризуют тремя параметрами: максимальным давлением Рмакс, временем нарастания tHap нагрузки до максимума и эффективным временем действия Параметры нагрузки и закон ее изменения во времени зависят от размещения сооружения относительно поверхности земли и застройки, калибра боеприпаса и расстояния до центра взрыва. В практике проектирования различные варианты размещения убежищ можно свести к четырем расчетным случаям: 1 — убежище возводят в подвальном или цокольном помещениях здания; 2 — убежище размещают в первом этаже здания; 3 — убежище размещают под техническим подпольем; 4 — убежище является отдельно стоящим, полностью или частично заглубленным в грунт. В зависимости от условий взаимодействия ВУВ или волны сжатия с рассчитываемой конструкцией динамические нагрузки по величине бывают меньше давления на фронте ВУВ ДР^, равны ему или больше этого давления. С момента прихода ВУВ в точку на земной поверхности давление резко повышается до максимального значения ДР^ (см. рис. 5.4), а затем убывает до атмосферного Ро и ниже. Период т+ повышенного избыточного (сверх атмосферного) давления АРф= Р—Ро > 0 называется фазой сжатия, а период т пониженного давления ДР^ <0 — фазой разряжения. Динамические нагрузки на конструкции ЗС определяются условиями взаимодействия ВУВ и элементами ЗС в зависимости от заглубления их в грунт, гидрогеологических условий и проемностью ограждающих конструкций здания. Наиболее популярным в практике проектирования методом оценки взаимодействия ВУВ и элементов конструкций является метод приведения давления во фронте ВУВ к динамической нагрузке путем введения коэффициента взаимодействия Квз. Проемность зданий от 10 до 50 %. Для покрытий убежищ, размещенных внутри зданий с проемностью 10 — 50 %, изменение вертикальной динамической нагрузки во времени характеризуется изменением давлений внутри зданий в соответствии с рис. 5.6. В этом случае дина мическую нагрузку можно аппроксимировать по графику рис. 5.6, на котором величину Рв принимают равной давлению APB = 0,5AP^, а значение Р"'’акс — давлению АР^ при Квз = 1.  Рис. 5.6. Изменение динамической нагрузки на покрытия убежищ (а = 10—50%) Проемность зданий менее 10 %. Для покрытий убежищ, расположенных внутри помещений без проемов и с проемностью менее 10 %, изменение нагрузки можно принять по рис. 5.7.  Рис. 5.7. Изменение во времени динамической нагрузки на покрытия убежищ (а<10%) Максимум нагрузки для этого случая получен с учетом потери энергии ВУВ на разрушение конструкций здания. Коэффициент взаимодействия принимается равным для покрытий убежищ и для покрытий убежищ под техническим подпольем (этажом). Взаимодействие воздушных волн с преградами Аварии на различных объектах, связанные с производством, хранением, транспортировкой, использованием взрывоопасных и других энергоемких материалов и веществ, вызывают необходимость обеспечения взрывобезопасности на этих объектах. Взрывные воздействия в общем случае - переменные во времени и в пространстве. Их особенностью является сложный характер взаимодействий с сооружением и выработки нагрузок, вызывающих колебательные движения конструкций. При оценке воздействия ударной волны на какой-либо элемент объекта (здание, сооружение, оборудование, прибор и другие предметы) необходимо учитывать силу, возникающую в результате действия ударной волны, и реакцию элемента на действие этой силы. Нагрузка от ударной волны на отдельные части элемента зависит от положения их относительно направления распространения ударной волны [2]. Если поверхность расположена параллельно направлению движения ударной волны, она не вызывает отражения волны и не испытывает действия скоростного напора. Поэтому нагрузка создается только действием избыточного давления воздушной ударной волны. Действие нагрузки от ударной волны, распространяющейся вдоль поверхности земли, можно разделить на нагрузки обтекания, определяемые, главным образом, максимальным избыточным давлением в ударной волне, и нагрузки торможения, возникающие под действием скоростного напора. В большинстве случаев все элементы испытывают действие обеих нагрузок, хотя для некоторых типов элементов одна из этих нагрузок может иметь более важное значение по сравнению с другой. В зоне действия головной ударной волны при воздушных взрывах наибольшие нагрузки возникают на поверхностях элементов, обращенных к взрыву Когда фронт ударной волны достигает преграды (например, передней стены сооружения), происходит отражение частиц воздуха волны и торможение масс движущегося воздуха. Давление на стену повышается от избыточного давления во фронте ударной волны ΔРф до избыточного давления волны отражения ΔРотр. По краям стены уплотненная масса воздуха немедленно после своего образования начинает обтекать стену. Из-за разницы давлений падающей и отраженной волнах возникает волна разрежения, распространение которой приводит к снижению давления на стену от значения ΔРотр до некоторого значения избыточного давления волны обтекания ΔРобт. Следовательно, первоначальная сила, действующая на преграду, уменьшается, так как, во-первых, снижается давление в массах воздуха, уплотненных волной у передней стены здания; во-вторых, волна, обтекая здание, оказывает давление на него сзади и с боков, а также, проникая внутрь здания через проемы, повышает давление воздуха внутри здания. При обтекании боковые и верхние (горизонтальн поверхности зданий и сооружений начинают испытывать давление ударной волны. Нагрузка на эти поверхности будет равна избыточному давлению во фронте проходящей волны плюс нагрузка торможения. Эту нагрузку при расчетах можно принимать равной давлению в проходящей волне, так как нагрузка торможения за счет неровности (шероховатости) поверхности будет незначительной. рисунке 1 представлено взаимодействие ударных волн с объектами прямоугольной формы.  Определение величины отраженных и обтекаемых волн 9. Состав и свойства ВВ Взры́вчатое вещество́ (просторечие — взрывчатка, сокращается как ВВ) — конденсированное химическое вещество или смесь таких веществ, способное при определённых условиях под влиянием внешних воздействий к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению (взрыву) с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов. В зависимости от химического состава и внешних условий взрывчатые вещества могут превращаться в продукты реакции в режимах медленного (дефлаграционного) горения, быстрого (взрывного) горения или детонации. Поэтому традиционно к взрывчатым веществам также относят соединения и смеси, которые не детонируют, а горят с определённой скоростью (метательные пороха, пиротехнические составы). Взрывчатые вещества относятся к энергетическим конденсированным системам. Горючие газы, пары легковоспламеняющихся жидкостей, взвешенные горючие аэрозоли могут вызывать взрывы. Однако разрушительное действие таких взрывоопасных смесей является слабым по сравнению с взрывчатыми веществами из-за того, что одна из составных частей (воздух) до взрыва занимает большой объем и давление взрыва получается небольшим. Любое взрывчатое вещество обладает следующими характеристиками: способность к экзотермическим химическим превращениям способность к самораспространяющемуся химическому превращению Важнейшими характеристиками взрывчатых веществ являются: скорость взрывчатого превращения (скорость детонации или скорость горения), давление детонации, теплота (удельная теплота) взрыва, состав и объём газовых продуктов взрывчатого превращения, максимальная температура продуктов взрыва (температура взрыва), чувствительность к внешним воздействиям, критический диаметр детонации, критическая плотность детонации. При детонации разложение взрывчатых веществ происходит настолько быстро (за время от 10−6 до 10−2 сек), что газообразные продукты разложения с температурой в несколько тысяч градусов оказываются сжатыми в объёме, близком к начальному объёму заряда. Резко расширяясь, они являются основным первичным фактором разрушительного действия взрыва. Различают два основных вида действия взрывчатых веществ: бризантное (местного действия) и фугасное (общего действия). Существенное значение при хранении взрывчатых веществ и обращении с ними имеет их стабильность. В прикладных сферах широко используется не более двух-трёх десятков взрывчатых веществ и их смесей. Основные характеристики наиболее распространённых из них сведены в следующую таблицу (данные приведены при плотности заряда 1600 кг/м3):  Заряды взрывчатых веществ для разрушения горных пород и различных обьектов Для разрушения массива горных пород применяют взрывы различных зарядов взрывчатых веществ, т.е. определенного количества ВВ, подготовленного к взрыву. Заряды в зависимости от цели, назначения и условий, в которых они работают, классифицируют по нескольким признакам: по форме, конструкции, способу приложения к взрываемому объекту и по характеру действия на массив породы. По форме различают следующие заряды: - сосредоточенные (заряды, имеющие форму шара, куба, цилиндра и т.п., у которых отношение наибольшей стороны к наименьшей менее 3–5 единиц); - удлиненные (цилиндрические заряды, у которых отношение длины к диаметру превышает 3–5 единиц, такие заряды называют еще колонковыми); - фигурные (условно образующие П-, Г-, Т-форму и другие заряды сложной формы); - листовые (отношение длины или ширины во много раз превышает толщину, обычно это заряды пластического ВВ). По положению: - наружный или накладной (заряд, помещаемый на взрываемый объект, применяют в основном для дробления негабарита, обрушения козырьков на уступах, в операциях по металлообработке); - внутренний (заряд, помещаемый внутрь взрываемого объекта – шпуры, скважины, камеры; применяют для отбойки минерального сырья, с целью его дробления и последующей переработки; для проведения подземных горных выработок, сооружения каналов, траншей и т.д.). По конструкции: - сплошной (не разделенный промежутками); - рассредоточенный (отдельные части которого разделены промежутками воздуха, измельченной породы, воды и т.п.). По характеру действия на среду: - заряд камуфлета (при взрыве разрушение, измельчение и трещинообразование происходят только вокруг места расположения заряда без проявления видимых разрушений на открытой поверхности (рис.34,а)); - заряд откола (при взрыве происходит откол породы у открытой поверхности и разрушение вокруг заряда, рис.34,б); - заряд рыхления (дробление породы происходит в объеме, начиная от места расположения заряда до открытой поверхности массива без ее выброса из зоны или воронки разрушения, рис.34,в); - заряд выброса (вызывает дробление и выброс породы за пределы воронки взрыва, рис.34,г).  Пробивное действие обычного кумулятивного зарядов |