Оценка устойчивости цеха к воздействию ударной волны

Если параметры поражающих факторов не заданы вышестоящим штабом ГО и не определены расчётным путем, то характер и сте­пень разрушений (ожидаемых) на объекте могут быть определены для различных дискретных значений избыточного давления воздуш­ной ударной волны ядерного взрыва, вызывающего в зданиях и сооружениях слабые, средние, сильные и полные разрушения.

Ориентировочно могут приниматься следующие значения  DР_ф (кгс/см²): 0,1; 0,2; 0,3 и 0,4 – для предприятий химической, нефтеперерабатывающей, радиоэлектронной, медицинской и анало­гич­ных им отраслей промышленности; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 кгс/см² – для машиностроительной, пищевой, металлургиче­ской и подобных им отраслей.

Оценка степени устойчивости объекта к воздействию ударной волны заключается в выявлении основных элементов объекта (цехов, участков, систем), от которых зависят его функциониро­вание и выпуск необходимой продукции; определении предела ус­тойчивости каждого элемента (по нижней границе диапазона давлений, вызывающих средние разрушения) и объекта в целом (по минимальному пределу входящих в его состав элементов); сопо­ставлении найденного предела устойчивости объекта с ожидаемым максимальным значением ударной волны и заключении о его ус­тойчивости.

В выводах и предложениях даются рекомендации по целесо­образному повышению устойчивости наиболее уязвимых элементов и объекта в целом.

Целесообразным пределом повышения устойчивости принято считать такое значение ударной волны, при котором восстановление повреждённого объекта возможно в короткие сроки и экономически оправдано (обычно при получении объектом слабых и средних разрушений).

Оценку устойчивости рассмотрим на примере

Задача 7.1

Оценить устойчивость цеха машиностроительного завода к воз­действию ударной волны ядерного взрыва, если завод расположен на расстоянии R=6 км от вероятной точки прицеливания; ожи­даемая мощность боеприпаса g=0,5 Мт; взрыв воздушный; вероят­ное максимальное отклонение ядерного боеприпаса от точки при­целивания r_отк = 0,8 км. Здание цеха одноэтажное, кирпичное, бес­каркасное, перекрытие из железобетонных плит; технологи­ческое оборудование включает мостовые краны и крановое оборудование, тяжёлые станки; коммунально-энергетические сети (КЭС) состоят из трубопроводов на металлических эстакадах и кабельной наземной электросети.

Решение

1. Определяем минимальное расстояние до возможного эпи­центра взрыва:

R_x = R – r_отк = 6 – 0,8 = 5,2 км.

2. По табл. 7.1 находим ожидаемое максимальное значение из­быточного давления на расстоянии 5,2 км для боеприпаса мощ­ностью 0,5 Мт при воздушном взрыве:

∆DР_ф,max = 0,25 кгс/см².

3. По табл. 7.2 находим для каждого элемента цеха избыточные давления, вызывающие слабые, средние, сильные и полные разру­шения. Эти данные заносим в табл. 7.3 результатов оценки.

4. Определяем предел устойчивости каждого элемента цеха к воздействию ударной волны (по нижней границе диапазона средних разрушений); здания цеха – 0,2, краны и крановое оборудование – 0,3, станки – 0,4, воздухопроводы – 0,3, электросеть – 0,3 кгс/см². Результаты записываем в табл.7.3.

5. Находим предел устойчивости цеха в целом по минимальному пределу устойчивости входящих в его состав элементов:

∆Р_ф,lim = 0,2 кгс/см².

6. Сравниваем найденный предел устойчивости цеха DР_ф,lim с ожидаемым максимальным значением избыточного давления на территории завода DР_ф,max.

Задача 7.2

Расчет опрокидывания оборудования под действием ударной вол­­ны взрыва (УВВ) (рис. 7.1).

 

 

Рис. 7.1. Момент сил, приводящий к опрокидыванию оборудования

 

 

Таблица 7.2

Степени разрушения объекта при различных избыточных давлениях ударной волны, кгс/см²

Элементы объекта	Разрушения
	слабое	среднее	сильное	полное
1. Массивные промышленные зда­­­ния с металлическим карка­сом и крановым оборудованием грузо­подъёмностью 25–50 т	0,2–0,3	0,3–0,4	0,4–0,5	0,5–0,7
2. Бетонные и железобетонные зда­ния и здания антисейсмиче­ской кон­ст­рукции	0,2–0,3	0,8–1,2	1,5–2,0	2,0
3. Здания с лёгким металличе­ским каркасом и бескаркасной конст­рукции	0,1–0.2	0.2–0,3	0,3–0,5	0,5–0,7
4. Административные много­этаж­­­ные здания с металли­че­ским или желе­зо­бетонным кар­касом	0,2–0,3	0,3–0,4	0,4–0,5	0,5–0,6
5. Кирпичные многоэтажные зда­­ния (3 этажа и более)	0,08– 0,12	0,12–0,20	0,20–0,30	0,30–0,40
6. Станки тяжёлые	0,2–0,4	0,4–0,6	0,6–0,7	–
7. Краны и крановое обору­до­вание	0,2–0,3	0,3–0,5	0,5–0,7	0,7
8. Кабельные наземные линии	0,1–0,3	0,3–0,5	0,5–0,6	0,6
9. Кабельные подземные линии	2–3	3–6	6–10	15,0
10. Трубопроводы наземные	0,2	0,5	1,3	–
11. Трубопроводы на металличе­ских или железобетонных эста­ка­дах	0,2–0,3	0,3–0,4	0,4–0,5	–
12. Трубопроводы, заглубленные на 20 см	1,5–2,0	2,5–3,5	5	–

 

Поскольку ∆Р_ф,lim < ∆P_ф,max (02 < 0,25 кгс/см²), то, значит, цех неустойчив к воздействию ударной волны. Для повышения устой­чивости цеха необходимо повысить предел устойчивости цеха устрой­ством контрфорсов, подкосов, дополнительных рамных кон­струкций.

Таблица 7.3

Результаты оценки элементов цеха по избыточному давлению,
 вызывающему слабые, средние, сильные и полные разрушения

Элементы цеха и их характеристика	Степень разрушения при D Рф, кгс/см2									Предел устойчи­вости элементов, кгс/см2	Предел устойчи­ вости цеха, кгс/см2
	0	10	20	30	40	50	60	70	80
Здание одноэтажное, кир­­пич­ное, бескар­кас­ное, перекрытие из ж/б элементов										0,2
Технологическое оборудование:										0,3     0,4	0,2
краны и крановое обо­рудование,
станки тяжёлые
КЭС: воздуховоды на металлических эстакадах;   электросеть кабельная										0,3     0,3

	– слабые разрушения		– сильные разрушения
	– средние разрушения		– полные разрушения

Опрокидывающий момент создается силой F_cм, действующей на плечо Z = 0,5h. Противодействующий момент создается весом обо­ру­дования G на плечо L/2 и реакцией крепления болтов на разрыв Q на плечо L. Опрокидывание произойдет, если выполня­ется соотношение (при отсутствии крепления оборудования):

F_см×Z ³ G ×L/2.                                       (7.8)

Таким образом, скоростной напор, достаточный для опроки­дывания объекта, определяется формулой:

.                        (7.9)

Найдем предельное значение избыточного давления, при кото­ром станок еще не опрокинется.

 

 

Решение

1. Предельное значение скоростного напора составит:

 кПа.

2. Зная предельный скоростной напор, по графику на рис. 7.2 определяем соответствующее значение избыточного давления, равное 25 кПа.

3. Таким образом, если избыточное давление во фронте ударной волны превысит 25 кПа, то станок будет опрокинут и получит средние разрушения.

Задача 7.3

Расчет инерциальных разрушений элементов оборудования от действия ускорений, полученных за счет ударной волны или при падении.

Элемент оборудования, обладая массой и упругостью, под дей­ствием инерционных сил может получить повреждения в виде на­рушения паек, отрыва элементов схем, соединительных проводов и т.п. Зависимость лобового давления (Р_лоб) от значения избыточ­ного давления УВВ представлена в виде графика (рис. 7.2). Зна­чение лобовой силы можно определить по формуле

F_лоб= (Р_ф + P_ск)S,

где S – площадь поверхности, на которую действуют скоростной напор и избыточное давление УВВ, м².

Сила инерции определяется выражением:

 ma = F_лоб – F_тр – Q,

где  m –	масса аппаратуры, кг;
а –	ударное ускорение, м/с2;
F –	сила трения;
Q –	реакция крепления, выраженная в ньютонах.

Для решения задачи необходимо задаться значением допусти­мого ударного ускорения а_доп, не приводящего к инерциальным раз­рушениям, а затем определить, какому лобовому давлению это со­ответствует

Р_лоб = F_лоб/S = ma_доп /S .

Рф (кПа)

20

10

40

30

10

20

40

30

Рлоб (кПа)

 (

 

 

Рис. 7.2. Зависимость лобового давления от избыточного давления

Пример

Имеется прибор длиной 400 мм, шириной 420 мм, высотой 720 мм и массой 60 кг с допустимым ускорением при ударе 100 м/с². Найти избыточное давление во фронте УВВ, при котором он не получит инерциального разрушения.

Решение

1. Лобовая сила, воздействие которой не должно приводить к выходу прибора из строя, F_лоб = ma_доп = 60×100 = 6000 Н.

2. Лобовое давление, которое может выдержать прибор:

Р_лоб = Р_лоб /S=6000/(0,72 – 0,42) = 20 кПа.

3. По графику (рис. 7.2) определяем избыточное давление, рав­ное 22 кПа. Следовательно, при воздействии на прибор избы­точного давления во фронте УВВ более 22 кПа он получит сильные разрушения от инерционных перегрузок.

 

Задача 7.4

В вагон загружено 50 т ВВ. Плотность населения на железно­дорожной станции составляет 800 чел./км². Определить, является ли вагон с ВВ потенциально опасным.

 

Решение

1. По табл. 7.4 определяются число жертв (11 чел.) и радиус смертельного поражения (68 м). Вагон с ВВ является потенциально опасным объектом и его необходимо держать на расстоянии порядка 100 м от строений.

2. Аналогичные результаты получаются при расчете количества жертв:

N = ПQ^2/3

и радиуса смертельного поражения:

.

Таблица 7.4

Прогнозирование потенциальной опасности ОЭ при взрыве ТВС

Q, т	Среднее число погибших при плотности населения тыс. чел./км2										Радиус смертель­ного пора­жения, м
	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	4,0
0,1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	9
0,5	0	0	0	1	1	1	1	2	2	3	15
1,0	0	0	1	1	1	2	2	3	3	4	18
3,0	0	1	1	2	2	3	4	5	6	8	27
5,0	1	1	2	2	3	4	6	7	9	12	32
10,0	1	2	3	4	5	7	9	12	14	19	40
15,0	1	2	4	5	6	9	12	15	18	24	45
25,0	2	3	5	7	9	13	17	21	26	34	54
50,0	3		8	11	14	20	27	34	41	54	68
100,0	4	9	13	17	21	32	43	54	64	86	85

Примечание. Радиус смертельного поражения определяется при избыточном давлении не менее 1 кгс/см² (100 кПа).