1 Расчет нагрузок от ударной волны

В первом разделе рассматриваются нагрузки, создаваемые ударной волной в результате взрыва емкостей со сжатым газом, взрыва газовоздушной смеси, воздушного и наземного ядерных взрывов, приводящие к разрушению зданий, сооружений, оборудования и т.д.

В результате разрушения объектов возникают чрезвычайные ситуации с соответствующими степенями разрушения, опрокидывания и смещения оборудования и установок.

Для принятия решений по проведению восстановительных работ на объектах, подвергшихся разрушению, необходимо провести оценку степени разрушения.

Методика расчета

1. Первый случай - взрыв емкости со сжатым газом

Тротиловый эквивалент

кг

(1)

где А - работа взрыва (работа газа при адиабатическом расширении).

кДж

(2)

где p₁ – начальное давление в сосуде, кПа;

V – начальный объем газа, м³;

р₂ – конечное давление в сосуде, кПа;

p₁=0,1 р₂;

m – показатель адиабаты; равное 1,4.

Безопасное расстояние от места взрыва для человека

,м

(3)

Безопасное расстояние, м, от места взрыва для жилой застройки

(4)

2) Второй случай - взрыв газовоздушной смеси

Избыточное давление при взрыве газовоздушной смеси,

кПа,

(5)

где m – масса горючего газа, кг;

H_т = теплота с горения, кДж/кг, равное 40*10³ кДж/кг;

р₀ – начальное давление, кПа, равное 101 кПа;

Z – доля участия взвешенного дисперсного продукта при взрыве, равное 0,5;

V_п – объем помещения, м³;

C – теплоемкость воздуха, кДж/кг, равное 1,01 кДж/кг;

ρ – плотность воздуха, кг/м³ , равное 1,29 , кг/м³;

T₀ – температура в помещении, К, равное 300К;

R_н – коэффициент негерметичности помещения, равное 3.

3. Третий случай - ядерный взрыв и взрыв емкости

Избыточное давление, во фронте ударной волны наземного и воздушного ядерных взрыва, а также при взрыве емкости со сжатым газом

кПа

(6)

где R – расстояние от центра взрыва, м.

Степень разрушения объекта при воздействие ударной волны на здания, сооружения и т.д. оценивают по критерию физической устойчивости ( полное, сильное, среднее, слабое), а на оборудования, установки и т.д. – по критерию опрокидывания смещения.

Степень разрушения производственных комплексов в зависимости от избыточного давления может быть оценена следующим образом.

Для промышленных зданий с металлическим или железобетонным каркасом при избыточном давлении ударной волны 50…60 кПа, то это– сильное разрушение; 40..50 кПа – среднее, 20…40 кПа – слабое;

Для кирпичного многоэтажного остекленного здания при избыточном давлении ударной волны 20…30 кПа, это сильное разрушение, 10…20 кПа – среднее, 8…10 кПа – слабое;

Для кирпичного одно- и двухэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении ударной волны 25…35 кПа, это сильное разрушение, 15..25 кПа – среднее, 8…15 кПа – слабое.

Для приборных стоек при избыточном давлении ударной волны 50…70 кПа , то это – сильное разрушение, 30…50 кПа – среднее, 10…30 кПа – слабое.

Для антенных устройств при избыточном давлении ударной волны 40 кПа это – сильное разрушение, 20..40 кПа – среднее, 10…20 кПа – слабое;

Для открытых складов с железобетонным перекрытием: при избыточном давлении ударной волны 200 кПа , это – сильное разрушение.

Степень опрокидывания и смещения антенного устройства или приборной стоки определяют по величине скоростного напора.

Скоростной напор взрыва,

кПа

(7)

где р₀ – начальное атмосферное давление, кПа.

Допустимый скоростной напор взрыва, при опрокидывании антенного устройства или приборной стойки определяют:

Скоростной напор взрыва,

кПа

(8)

где р₀ – начальное атмосферное давление, кПа.

Допустимый скоростной напор взрыва, кПа, при опрокидывании антенного устройства или приборной стойки

кПа

(9)

где a и b – высота и ширина объекта, м;

m – масса объекта, кг;

C_x - коэффициент аэродинамического сопротивления;

S – площадь поперечного сечения приборной стойки, м².

Если скоростной напор взрыва больше допустимого значения при опрокидывании, то антенное устройство или приборная стойка опрокинется.

Допустимый скоростной напор взрыва при смещении антенного устройства или приборной стойки;

(10)

где k - коэффициент трения.

Если скоростной напор взрыва больше допустимого, то антенное устройство или приборная стойка сместится.

Объекты сельскохозяйственного производства отличаются друг от друга, как по характеру производства, так и по технологическому процессу и конструктивному решению. Поэтому оценка устойчивости объектов сельскохозяйственного производства имеет некоторые особенности. Критерием для определения устойчивости объектов сельскохозяйственного производства к воздействию ударной волны ядерного взрыва является величина избыточного давления, при которой элементы зданий, сооружений и инженерных коммуникаций либо сохраняются, либо получают слабые и частично средние разрушения при разной мощности и вида взрыва.

Оценку начинают с определения вероятной цели ядерного удара, его мощности и

Пользуясь данными таблиц 1 и 2, определяется величина вероятного избыточного давления на объекте воздействия. Если тротиловый эквивалент, не соответствует табличному, то неизвестную величину радиуса ударной волны можно определить с помощью закона подобия взрывов.

(11)

где R₁ - табличный (заданный (известный) радиус зон,

R₂ – расчетный радиус зон, км;

q₁ и q₂ - тротиловые эквиваленты мощности взрыва, кт.

При оценке устойчивости сооружений определяется наиболее уязвимые элементы и участки производственного комплекса, от которых зависит работа объекта. Данные о характере разрушений и повреждений в зависимости от величины избыточного давления во фронте ударной волны приведены в таблицах 1, 2, 3.

После оценки отдельных сооружений производственного комплекса оценивается объект в целом. При этом устойчивость комплекса определяется по тому зданию и сооружению, которое разрушается при наименьшем избыточном давлении.

Оценив устойчивость производственного комплекса, разрабатывают мероприятия, которые необходимо провести для повышения устойчивости наиболее уязвимых зданий и сооружений к воздействию ударной волны взрыва. При этом учитываются пределы повышения устойчивости каждого здания и строения.

Таблица 1 Расстояние, на котором наблюдается избыточное давление при разной мощности воздушного ядерного взрыва в километрах

Мощ ность взры ва, кт	Избыточное давление, кПа
	100	90	80	70	60	50	40	30	20	10
20	0,6	0,7	0,8	0,85	0,9	1,0	1,1	1,5	2,0	3,2
50	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	2,0	2,7	4,5
100	1,0	1,2	1,3	1,4	1,6	1,7	2,1	2,6	3,8	6,5
200	1,2	1,4	1,5	1,6	1,8	1,9	2,5	2,9	3,4	7,9
500	1,7	1,9	2,0	2,3	2,6	3,0	3,4	4,2	6,0	11,5
1000	2,2	2,4	2,7	3,0	3,3	3,6	4,3	5,3	7,5	14,3

Таблица 2 Расстояние, на котором наблюдается заданное избыточное давление при разной мощности наземного ядерного взрыва в километрах

Мощ ность взры ва, кт	Избыточное давление, кПа
	100	90	80	70	60	50	40	30	20	10
20	0,7	0,8	0,9	0,97	1,0	1,1	1,2	1,5	1,9	3,0
50	1,0	1,1	1,2	1,25	1,3	1,4	1,5	2,0	2,6	4,2
100	1,2	1,3	1,4	1,5	1,7	1,9	2,2	2,5	3,2	5,2
200	1,5	1,6	1,7	1,8	2,0	2,2	2,6	3,0	3,8	6,4
500	2,1	2,3	2,4	2,6	2,8	3,2	3,6	4,4	5,5	9,0
1000	2,9	3,0	3,4	3,5	3,6	4,0	4,5	5,4	7,0	11,2

Таблица 3 Величины избыточного давления, вызывающие разрушение различных построек и техники

Объем разрушения	Избыточное давление, вызывающее разрушение, кПа
	полное	сильное	среднее	слабое
1	2	3	4	5
Здание с железобетонным каркасом	80	60-40	40-30	20
Здания кирпичные	50-30	30-20	20-12	12-8
Здания деревянные	30-20	20-12	12-8	8-6
Остекление зданий	Свыше 5	5-3	3-2	2-1
Подземный водопровод и канализация	1500	1000	600	600-150
1	2	3	4	5
Подземные кабельные линии	1000	800	400	200
Подстанции трансформаторные и распределительные	100-70	60-40	40-20	20-10
Водонапорные башни кирпичные	100-60	60-40	40-20	20-10
Высоковольтные ЛЭП	-	100	60	30
Автомобили грузовые цистерны	50	40	30	20
Тракторы	70	70-60	60-40	40-30
Комбайны сеялки	40	30	20	15
Подвалы без усиления несущих конструкций	100	80	50	25

Порядок оценки устойчивости объекта к воздействию ударной волны

Пример оценки устойчивости объекта к воздействию ударной волны

Задача 1. В зависимости от мощности и вида ядерного взрыва следует согласно варианта определить расстояние, при котором имеет место избыточные давления, характеризующие границы очага ядерного поражения (ОЯП), зон слабых, средних, сильных и полных разрушений. На основе полученных сведений нужно строить в масштабе график зон ОЯП на формате А4 своего варианта.

Пример 1. Условие

Определяются из исходных данных границы ОЯП и радиусы зон разрушений после воздушного ядерного взрыва мощностью 1 Мт, строится график, делается вывод об устойчивости объекта к воздействию ударной волны. Для справки - после воздушного ядерного взрыва мощностью 100 кт радиус зоны полных разрушений составляет 1,7 км, радиус зоны сильных разрушений составляет 2,6 км, радиус зоны средних разрушений 3,8 км, радиус зоны слабых разрушений 6,5 км (см. табл. 1).

Радиус зоны слабых разрушений при воздушном ядерном взрыве мощность (q₁) 100 кт достигает (R₁) 6,5 км. Требуется определить радиус поражения (R2)ядерного взрыва при мощности (q₂)10 кт. Подставим известные значения в приведенную формулу (11)

Аналогично рассчитывают радиусы зон средних, сильных и полных разрушений. С учетом расстояния от цели до места расположения оцениваемого объекта производства разрабатывают мероприятия направленные на повышение устойчивости зданий и сооружений к воздействию ударной волны.

q₁₌ 10 кт R₂ /R_{1 =} ³ q _2/q₁

q₂= 100 кт 1,7/ R₁ =³ 100_/10

R _1полн = 0,79 км

R_2полн = 1,7 км R_1сильн = 1,2 км

R_2сильн= 2,6 км R _1сред = 1,76 км

R_2средн = 3,8 км R_1слаб = 3,02 км

R_2слаб = 6,5 км

R₁ - ?