Устойчивость работы объектов экономики в чрезвычайных ситуациях

5.2. Оценка устойчивости элементов объекта к воздействию поражающих факторов источников в ЧС

Оценка воздействия воздушной ударной волны на элементы объекта

Известно, что основными поражающими параметрами ВУВ являются избыточное давление Р_ф и скоростной напор Р_ск.

Зависимость между ними выражается формулой

(5.6)

где Р₀ - нормальное атмосферное давление = 1,013 x10⁵ Па.

Расчет радиуса зоны детонационной волны (r_о) и избыточного давления (Р_ф) дан в п. 3.5.

Избыточное давление в зоне воздушной ударной волны, как указано в п. 3.5, определяется по формулам 3.27 или 3.28.

Определение коэффициента поражения (Кп) элементов объекта

В зависимости от Р_ф элементы объекта могут получать слабые, средние, сильные и полные разрушения. Каждой степени разрушения соответствует коэффициент поражения (К_п), который для слабых разрушений < 35, средних = 35-56, сильных = 57-87, полных > 87.

Рассчитав Р_ф на расстоянии r по формулам (5.6), можно определить К _п из формул:

(5.7)

(5.8)

где К _к - тип конструкции: бескаркасная = 1; каркасная = 2; монолитная = 3,5;

К _с - сейсмостойкость: обычная = 1; сейсмостойкая = 1,5;

К _м - материал стен: дерево = 1; кирпич = 1,5; ж/б слабого армирования = 2; ж/б нормального армирования = 3;

К _в - высотность:

(5.9)

где Н _зд - высота здания;

К _кр - высота кранового оборудования.

где Q в тоннах.

Примечание. В формулах (5.7) и (5.8) для административных зданий вместо 140 берется коэффициент 280.

Рассмотрим на примере оценку устойчивости ИТК объекта экономики (рис. 5.1) к воздействию ВУВ.

Задание

Оценить последствия разрушения резервуара вместимостью Q_н = 300 т сжиженного углеводородного газа и взрыва образовавшейся газовоздушной смеси (коэффициент перехода в ГВС К_н = 0,45) для элементов инженерно-технического комплекса объекта экономики.

Определение радиуса зоны детонационной волны r₀ производится по формуле:

увеличить изображение
Рис. 5.1. Схема объекта экономики

Задача 1

Определить коэффициент поражения здания цеха, находящегося на расстоянии r₁ = 1000 м от эпицентра взрыва. Цех расположен в здании сейсмостойкой конструкции высотой Н = 30 м . Стеновое заполнение - кирпич. В здании находится кран грузоподъемностью Q = 14 т.

1. Определение безразмерного радиуса ударной волны на расстоянии r₁:

2. Определение Р_ф на расстоянии r₁ в зависимости от :

При

3. Определение коэффициента поражения К_п из формулы:

где К_i - коэффициенты, учитывающие:

К_к = 1 - бескаркасная конструкция;

К_м = 1,5 - материал стен - кирпич;

К_в - высотность здания:

К_кр = 1 + 4,65 x 10-3 x Q = 1,0651;

К_с = 1,5 (сейсмостойкая конструкция).

= 12060/140 x 1 x 1,5 x 0,79 x 1,0651 x 1,5 = 45,5.

Вывод: степень разрушения здания цеха будет средней.

Под воздействием ВУВ элементы объекта могут смещаться, опрокидываться и получать ударное повреждение. На смещение рассчитываются элементы, имеющие малую площадь Миделя (т. е. видимую со стороны движения ВУВ - h x b, где h - высота, b - ширина элемента) (см. рис. 5.2).

Рис. 5.2. Схема действия сил на предмет с малой площадью Миделя

На рис. 5.2. представлена схема действия Р_ф и Р_ск на предмет с малой площадью Миделя

Расчет элементов ОЭ на смещение

На предмет одновременно действуют две силы (рис. 5.3):

Рис. 5.3. Схема действия сил на предмет при смещении

где С_х - коэффициент аэродинамического сопротивления, зависящий от формы предмета и его ориентации относительно ВУВ, может быть в пределах 0,25-1,6;

f - коэффициент трения, определяется по таблицам;

b - ширина предмета, м;

h - высота предмета, м;

m - масса оборудования, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с² ;

G - вес оборудования, Н.

Если F_см < F_тр, смещение не происходит.

Отсюда можно определить предельное значение Р _ск , при котором смещение не произойдет:

(5.12)

Если F_см > F_тр , предмет необходимо закрепить усилием Q.

Q > Fсм - F = Рск x Сх x b x h - f x m x g.

(5.13)

Задача 2

Определить необходимость и суммарное усилие крепления (болты, работающие на срез - Q _г) оборудования, расположенного на расстоянии r ₂ = 550 м от эпицентра взрыва. Длина оборудования L = 2,5 м , высота h = 0,8 м , масса m = 1800 кг . Коэффициент трения f _тр = 0,35. Коэффициент аэродинамического сопротивления С _х = 1,3.

1. Определение безразмерного радиуса ударной волны на расстоянии r₂:

2. Определение Р_ф на расстоянии r₂ в зависимости от :

При

3. Определение скоростного напора (Р_ск) воздуха:

4. Определение силы смещения F_см :

F_см = Р_ск x С_х x S = 7503,6 Н.

5. Определение удерживающей силы незакрепленного предмета F_тр:

F_тр = f_тр x m x g = 6180,3 Н.

6. Определение необходимости крепления оборудования производится из условия:

Q_кр

F_см - F_тр = 7503,6-6180,3 = 1323,3 Н.

Вывод: т. к. F_с > F_тр , то смещение предмета произойдет.

Расчет элементов ОЭ на опрокидывание

На предмет одновременно действуют два момента (рис. 5.4):

Рис. 5.4. Схема действия сил на предмет при опрокидывании

Если F_см x h/2 < G x d/2, опрокидывание не происходит.

Если

(5.14)

можно определить Р_ск , при котором опрокидывание произойдет:

(5.15)

Для того чтобы опрокидывание не произошло, предмет необходимо закрепить усилием Q на плече d¹ и тогда будет выполнено условие:

Развернув формулу (5.15) и приняв d = d¹ , получим

(5.17)

Отсюда можно определить усилие Q:

(5.18)

Отрицательный ответ указывает, что при данном значении Р_ск предмет устоит без крепления.

Задача 3

Определить необходимость и суммарное усилие крепления (болты, работающие на растяжение - Q) дистилляционной колонны высотой h = 45 м и массой m = 280 т, расположенной на расстоянии r₃ = 770 м от эпицентра взрыва. Коэффициент аэродинамического сопротивления С_х = 1,3.

1. Определение безразмерного радиуса ударной волны на расстоянии r ₃ :

= 0,24 xr₃ /r₀ = 0,24 x 770/94,9 = 1,95.

2. Определение Р_ф на расстоянии r₃ в зависимости от :

при

3. Определение скоростного напора (Р_ск) воздуха

= 2,5 x 16,791 ² /16,971 + 7 x 101,325 = 0,971 кПа.

4. Определение необходимости крепления дистилляционной колонны производится при сравнении опрокидывающего момента (F_cмx h/2) и удерживающего момента (G x d/2). Если F_cм x h/2 > G x d/2, то колонну необходимо закрепить усилием крепления Q x d. Q определяется из условия:

= 971 x 1,3 x 45 ² /2-280 000 x 9,81/2 = - 95 321,25 Н.

Вывод: Отрицательный ответ указывает на то, что при данном Р_ск предмет устоит без крепления.