Определение взрывоустойчивости зданий при действии обычных средств поражения

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Строительство. Архитектура


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 69. 059. 22
ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЗРЫБОУСТОЙЧИБОСТИ ЗДАНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ОБЫЧНЫХ СРЕДСТБ ПОРАЖЕНИЯ
1Казаков Б.Ю., 2Соколов И.Б., 2Кравченко И.Н., 3Ивановский Б.С.
1Академия гражданской защиты МЧС России, Химки-
2Военно-технический университет, Балашиха-
3Военная академия материально-технического обеспечения, Санкт-Петербург, e-mail: vk_86@inbox. ru, kravchenko-in71@yandex. ru
В статье описываются методика прогнозирования взрывоустойчивости зданий при действии обычных средств поражения, которая позволяет определять степени разрушения зданий, моделированием локальных разрушений строительных конструкций зданий путём их удаления из расчётной схемы, и впервые определены виды и количество элементов несущих конструкций типовых панельных, кирпичных и монолитных зданий, разрушение которых приводит к их прогрессирующему обрушению.
Ключевые слова: здания и сооружения, методика, обычные средства поражения
DEFINITION OF BUILDINGS UNDER THE INFLUENCE SHATTER CONVENTIONAL WEAPONS 1Kazakov Б.У., 2Sokolov I.V., 2Kravchenko I.N., 3Ivanovsky V.S.
Civil Defence Academy of EMERCOM of Russia- Khimki-
2Military-Technical University", Balashikha-
3Military Academy of logistics, Saint-Petersburg, e-mail: vk_86@inbox. ru, kravchenko-in71@yandex. ru
This article describes the method of forecasting Explosion Proof buildings under the action of conventional weapons, which allows to determine the extent of damage to buildings, damage modeling local structures of buildings by removing them from the design scheme, and for the first time defines the types and number of items bearing structures typical panel, brick and monolithic buildings, the failure of which leads to their progressive collapse.
Keywords: building, technique, conventional weapons
Анализ локальных войн и вооруженных конфликтов, имевших место после второй мировой войны, показывает, что основным содержанием действий сухопутных войск становится борьба за города. Зарубежные военные специалисты считают, что наступательные действия по овладению городами в современной войне будут довольно частым явлением и станут неотъемлемой составной частью операции объединений, соединений и частей сухопутных войск на любом театре военных действий. В связи с этим все более востребованными для нашего государства и общества становятся мероприятия гражданской обороны и защиты населения от различных угроз и вызовов военного времени. Авторами статьи проведены исследования по применению жилых зданий в качестве укрытия населения для защиты от опасностей, возникающих при ведении военных действий.
Сложность принятия решения на выбор здания для укрытия населения обуславливается тремя основными факторами. С одной стороны на эффективность защиты пострадавших в здании оказывает влияние его прочность, с другой стороны, чем прочнее здание, тем больше трудозатраты на его приспособление под укрытие. Особое зна-
чение имеет также расположение здания в условиях городской застройки.
Наиболее важным вопросом в выборе зданий для укрытия населения является обоснование его взрывоустойчивости -свойства объекта противостоять воздействию поражающих факторов взрыва обычных средств поражения (ОСП), которые способны вызвать прогрессирующее обрушение здания или сооружения от локальных разрушений отдельных несущих конструкций [2].
Количественно величину взрывобезо-пасности здания можно охарактеризовать значением вероятности не разрушения здания при воздействии наиболее часто использующихся ОСП (в вооруженных конфликтах последних лет). Вероятность не разрушения от воздействия обычных средств поражения здания определяется по формулам, выведенных автором из основных положений теории вероятностей [1, 3].
Представим себе следующую ситуацию. Имеется здание с несущими элементами, обозначенными N Для разрушения всего здания необходимо разрушить N элементов. Имеется группа несовместных гипотез
Н = {элементы разрушены}-
Н, = {элементы не разрушены}.
Априорные вероятности этих гипотез до опыта известны и равны соответственно
N N -И
и
N N.
Условные вероятности события, А при
гипотезах Н1 и Н2
і. (1) Р (А!Н,) = (1-?Х Р (А1 Я2) = ч, (2)
Произведён опыт, в результате которого наблюдается появление некоторого события, А = {разрушен один элемент}.
где д — вероятность не разрушения элемента.
Для того, чтобы найти условную вероятность для гипотезы Н, после
опыта воспользуемся теоремой гипотез или формулой Байеса
Р{Н,!А) =
Р{Щ Р (А!Ц)
N
(1−9)
РІЩРІА/Н^+РІН^РІА/Н,) N і. М0-М ¦
N. N
(3)
После сокращений и замены буквенных обозначений, имеем:
— для расчётной схемы с несущими элементами из колонн
аг*(1-ц)
а =і
(4)
— для расчётной схемы с несущими элементами из стен
Ос =1-
(5)
— для расчётной схемы с несущими элементами из колонн и стен
& amp-:= 1
4(1−9с)
к (і-^)+(іуо-іу,)^ 4а-*е)+(А,-4к,
(6)
где Ык — количество критических элементов (типа колонна), разрушение которых приводит к полному разрушению здания, шт.- N — общее количество критических элементов здания (типа колонна), шт.- Lc — общая длина всех критических элементов (типа стена), разрушение которых приводит к полному разрушению здания, м- Lo — общая длина несущих стен здания, м- дк, дс — вероятность не разрушения одного критического элемента.
Для определения количества критических элементов (Ык, L), разрушение которых приводит к полному разрушению здания, необходимо провести расчёт здания на прогрессирующее обрушение в зависимости от типа конструкции согласно условию — устойчивость здания против прогрессирующего обрушения обеспечена, если для любого элемента соблюдается условие
F & lt-
(7)
где F и S — соответственно усилие в конструктивном элементе, найденное из выполненного расчета, и его расчетная несущая способность.
Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения проверяется рас-
четом на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные и временные длительные нагрузки, а также воздействие гипотетических локальных разрушений несущих конструкций. Постоянная и временная длительная нагрузка должна определяться по [5].
Подсчёт критических элементов выполняется при соблюдении условий
п
V,., при п=
общ9
(8)
г=1
4 пРи п = 1. Хобщ, (9)
1=1
Для определения количества критических элементов, разрушение которых приводит к полному разрушению конкретного типа здания, вследствие прогрессирующего обрушения была выполнена серия расчётов по алгоритму, представленному на рис. 1. При этом решались следующие задачи: анализ существующих зданий, построенных за последние 50 лет в России, с целью выбора типового проекта зданий-
(НАЧАЛО)
Моделирование разрушения критического элемента взрывом
Расчёт на прогрессирующее обрушение
Рис. 1. Алгоритм прогнозирования взрывоустойчивости зданий
*/,=n"& quot-4
d 120 и

СГ- ^
^я-)+а-)2+д-)3
.л о -pi о •Pi о
разработка программы-методики компьютерных вычислений (выполнение расчётов по оценке ожидаемых параметров прогрессирующего обрушения здания и применение ожидаемых параметров для дальнейших испытаний) —
моделирование расчётной схемы зданий и выполнение машинного расчёта-
определение после каждого расчёта состояние конечных элементов конструкции, используя отчёт о состоянии элементов-
обработка и анализ полученных результатов.
Расчет здания на аварийные воздействия проводился с применением расчетного комплекса «ПК ЛИРА-САПР R3″ в нелинейной стадии с учетом принятого армирования плит перекрытий, колонн и вертикальных конструкций, т. е. с учётом физической и геометрической нелинейности [4]. Моделирование разрушения критического элемента здания выполняется путём удаления его из
расчетной схемы, после чего определяются параметры напряженно-деформированного состояния всего здания.
Результатом расчета являются усилия, напряжения и перемещения на каждом из этапов приложения нагрузки, картины трещин в стенах и плитах, места образования пластических шарниров, информация об элементах, разрушающихся в первую очередь. Также имеется возможность определить нагрузку, при которой разрушается первый элемент конструкции, и по ней судить об имеющихся запасах по несущей способности.
В результате выполненных расчетов для выбранных типовых проектов панельного (проект под серией 1−515), кирпичного (проект под серией 1−511) и монолитного (проект под серией И-1737) зданий впервые установлено, что их прогрессирующее обрушение наступает при разрушении 40 из 105 п.м. несущей стены панельного здания, 51 из 92 п.м. несущей стены кирпичного здания, 8 колонн из 12 и 58 из 158 п.м. несущей стены монолитного здания.
Вероятность неразрушения критического элемента определяется по формулам [6]:
— при авиационном бомбометании по зданию:
д. =е-п™ъ, (ю)
где Fп. — площадь поражения /-го элемента при действии РБ, м2- прБ — плотность воздействия РБ, шт. /м2-
— при артиллерийском обстреле по зданию:
агс/?(1п К1- 3) + -
Я,= ! -
п
(11)
где К. — коэффициент, зависящий от количества снарядов, наряженных для обстрела здания, геометрических размеров здания и площадей поражения /-х критических элементов конструкции зданий.
Коэффициент К определяется по формуле:
К- =
(12)
где N — количество снарядов, наряженных для обстрела здания, сн/зд- - площадь поражения критических элементов при действии РБ, м2- - срединные откло-
нения, зависящие от сведенных срединных ошибок, соответственно по дальности и направлению и размеров обстреливаемого здания по глубине и фронту (Г, Ф).
Величины и определяются по формулам
0,5 • Г» ,
(13)
& quot-до
но Ено
0,5 -Ф" ,
(14)
Е
но
где ЕД0, ЕН0 — срединные вероятные отклонения (сведенные срединные ошибки) по дальности и направлению, зависящие от количества батарей, ведущих стрельбу по зданию, а также от расстояния до цели (табл. 1).
Таблица 1
Значения ЕдО, ЕНО
Дальность стрельбы, км Сведенные срединные ошибки по дальности и направлению (м)
При стрельбе одной батареей При стрельбе тремя батареями
Ело& gt- м Ено& gt- м Ело& gt- м ^ м
152 мм Г (155 — мм Г)
4 51 40 43 34
6 58 41 52 35
8 68 42 62 36
10 74 45 67 39
12 87 48 75 42
14 101 53 89 47
16 118 60 106 54
Для расчета вероятности не разрушения критических элементов конструкции при артиллерийском обстреле используются данные для стрельбы на расстоянии 16 км.
Вероятность полного разрушения зданий определяется на воздействие двух независимых выбранных расчетных боеприпасов.
Для авиационного бомбометания используется — ФАБ 250 фн Мк-81, а при артиллерийском обстреле используется
Тактико-технические
155 мм НАС М107. Основные расчетные характеристики боеприпасов представлены в табл. 2 и 3 соответственно.
Для определения площади поражения критического элемента в качестве исходных данных используется расчетное удаление взрыва (радиус разрушения Я) от неуправляемого артиллерийского снаряда (НАС) калибра 155 мм и фугасной авиационной бомбы (ФАБ) калибра 250 фн.
Таблица 2
тактеристики Мк-81
Исходные данные
Название Обозначение Значение
Расчетный боеприпас
Мк-81 неуправляемая фугасная авиационная бомба
Калибр, фунт 250
Вес, кгс P 118
Общая длина, м L 1,88
Диаметр снаряда, м d сн 0,22
Отношение длины заряда к диаметру l /d сн сн 8,5
Отношение головной части к диаметру l Id з сн 2,5
Вес снаряжения, кгс C 45
Тип снаряжения тритонал
Удельный тротиловый эквивалент К* 1,639
Расчетная скорость встречи, м/с vo 350
Расчетный угол падения, град в 60
Таблица 3
Тактико-технические характеристики М107
Исходные данные
Название Обозначение Значение
Расчетный боеприпас
М 107 неуправляемый артиллерийский снаряд
Калибр, мм 155
Вес, кгс P 43,1
Общая длина, м L 0,7
Диаметр снаряда, м d сн 0,155
Отношение длины заряда к диаметру l /d сн сн 4. 5
Отношение головной части к диаметру l /d з сн 2
Вес снаряжения, кгс C 6,6
Тип снаряжения тротил
Удельный тротиловый эквивалент К* 1
Расчетная скорость встречи, м/с vo 350
Расчетный угол падения, град в 60
За площадь поражения каждого критического элемента, принимается площадь вокруг элемента, при попадании в которую, хотя бы одним боеприпасом, элемент выходит из строя или достигает полной степени разрушения.
Площадь поражения Fп определяется по формулам:
— для колонн
Рп =(я+2^к)(в+2Я/ж), (15)
— для стен
Рп =®?Крс$+2Крс), (16)
где, а — длина критического элемента, м- Ь -ширина критического элемента, м- Я — радиус разрушения отдельно стоящих колонн,
м (определяется по) — Я с — расчетное удаление взрыва от критического элемента, м- ^ -толщина стены, м.
Так для разрушения кирпичных, каменных, бетонных и железобетонных конструкций типа колонн, столбов, балок и т. п. при ширине их, не превышающей удвоенную толщину, радиус разрушения рассчитывается по формуле
, (17)
рк ЛВ
где С — масса заряда, кг- А — коэффициент, зависящий от свойств разрушаемого материала и применяемого ВВ- В — коэффициент, зависящий от расположения заряда.
Рис. 2. График зависимости вероятности разрушения зданий от плотности воздействия 250 фн ФАБ
Рис. 3. График зависимости вероятности разрушения зданий от плотности воздействия 155 мм НАС
Радиус разрушения Я кирпичных и железобетонных стен при воздействии 155 мм НАС определяется из равенства
где Яот — радиус воронки откола- t — толщина стены, м. По результатам расчёта построены графические зависимости вероятности не разрушения от плотности воздействия расчётного боеприпаса по монолитному зданию (рис. 2 и 3).
В результате выполненных расчётов установлено, что для типовых проектов панельного, кирпичного и монолитного зданий прогрессирующее обрушение наступает при разрушении 40% стен панельного здания, 60% стен кирпичного здания, 67% колонн и 36% стен монолитного здания. При этом достоверность расчётов
подтверждается достаточной сходимостью (93.. 96%) результатов расчетов по предложенной методике.
Список литературы
1. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика": учеб. пособие. — 12-е изд., перераб. — М.: Юрайт, 2012. — 480 с.
2. Гражданская защита. Понятийно-терминологический словарь // Под общ. ред. Ю. Л. Воробьева — М.: Издательство «Флайст», Информационно-издательский центр «Геополитика» 2001. — 240 с.
3. Колмогоров А. Н. Основные понятия теории вероятностей. — Изд. 4-е. — М.: ФАЗИС, 2013. — 120 с.
4. Потапов В. Д., Александров А. В., Косицын С. Б., До-лотказин Д. Б. Строительная механика. Кн. 1. Статика упругих систем. — М.: Высшая школа, 2007. — 512 с.
5. СП 20. 13 330. 2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2. 01. 07−85. — М.: Госстандарт, 2011. — 80 с.
6. Убежища гражданской обороны: Конструкции и расчет // В. А. Котляревский, В. И. Ганушкин, А. А. Костин и др.- Под ред. В. А. Котляревского. — М.: Стройиздат, 1989. — 606 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой