Прогнозирование и оценка последствий завалов

Оглавление

Цель работы

Завалы, образующиеся при разрушении зданий

Расчет завалов

Дальность разлета обломков

Высота завалов

Потери населения

Взрыв конденсированных ВВ

Структура и объемно-массовые характеристики завалов

Структура завалов

Показатели обломков

Расчетная часть

Пример задания

Варианты задач

Результаты расчетов

Цель работы

Разработать методику прогнозирования и оценки последствий завалов.

Ежегодно в мире происходит множество чрезвычайных ситуаций различного характера и происхождения: ураганы, землетрясения, цунами, наводнения, оползни, взрывы, обвалы и др. Они приводят к разрушению жилых и производственных зданий, степень разрушения которых зависит от силы воздействия, от типа здания и качества его постройки. Разрушения наносят не только вред экономике, требуя затрат на расчистку и на восстановление, но и вызывают потери среди населения.

Вот почему важной проблемой становится умение противостоять различным чрезвычайным ситуациям. Первым шагом является прогнозирование. Необходимо выяснить когда, где и какой силы произойдет землетрясение, какие районы могут пострадать от наводнения и т.д. Далее идет предупреждение чрезвычайной ситуации. Необходимо по возможности предотвратить или хотя бы минимизировать их разрушительное действие. И, наконец, третий шаг тАУ ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций. Нужно по возможности оперативно ликвидировать опасность, спасти уцелевших и восстановить стабильное существование данного региона.

А для этого необходимо уметь рассчитывать возможные размеры завалов и потери среди населения при различных чрезвычайных ситуациях, для различных зданий и сооружений.

Завалы, образующиеся при разрушении зданий

При воздействии поражающих факторов взрывов, землетрясений, цунами и разрушения плотин здания могут получить ту или иную степень разрушения. Анализ характера разрушений зданий при чрезвычайных ситуациях показал, что здания при полном разрушении практически полностью превращаются в обломки, образуя завалы. При разрушении зданий на ступень ниже полной в расчетах можно принять, что объем завалов составляет примерно 50% от объемов завалов зданий в случае их полного разрушения.

Завалы различных типов зданий характеризуются показателями. Показатели завалов зданий являются определяющими параметрами при выборе технологии спасательных работ. Показатели можно свести к двум группам:

тАУ показатели, непосредственно характеризующие завал;

тАУ показатели, характеризующие обломки завала.

К показателям, непосредственно характеризующим завал, можно отнести:

тАУ дальность разлета обломков;

тАУ высоту завала;

тАУ объемно-массовые характеристики завалов;

тАУ структуру завалов по весу обломков, составу строительных элементов и арматуры.

К показателям, характеризующим обломки завала, относят.

тАУ вес обломков;

тАУ геометрические размеры;

тАУ структуру и содержание арматуры.

Расчет завалов

На основании анализа материалов натурных завалов зданий установлено, что завалы зданий можно упрощенно представить как обелиски тАУ геометрические фигуры с прямоугольными основаниями, расположенными в параллельных плоскостях (рис.1). Противоположные боковые грани обелиска наклонены к основанию. Основными данными для построения этой фигуры являются размеры основания здания А и В, высота завала h и дальность разлета обломков L. Характерными геометрическими показателями завала также являются длина и ширина завала.

Длина завала тАУ геометрический размер завала в направлении наибольшего размера А здания:

A_ЗАВ = 2L + AВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (1)

Ширина завала тАУ геометрический размер завала в направлении наименьшего размера В здания

B_ЗАВ = 2L + BВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (2)

где L - дальность разлета обломков, L = Н/2 тАж Н.

Расчетные схемы завалов зависят от воздействия поражающего фактора. Принимается, что при аварии со взрывом внутри здания, обломки разлетаются в стороны равномерно, а при взрыве вне здания обломки смещаются по направлению действия воздушной ударной волны.

Рис. 1. Расчетные схемы завалов: а тАУ при взрыве внутри здания; б тАУ при взрыве вне здания; в тАУ при землетрясении.

h тАУ высота завала;

l тАУ дальность разлета обломков;

А, В, Н тАУ длина, ширина, высота здания;

А_ЗАВ, В_ЗАВ тАУ длина, ширина завала;

------ 1 - контур здания до разрушения;

тАФтАФ 2 - контур завала.

Характерный размер завала по направлению действия воздушной ударной волны в последнем случае равен

B_ЗАВ = B + L или A_ЗАВ = A + LВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3)

Верхняя грань расчетного обелиска при авариях со взрывом принимается равной площади основания здания. При землетрясениях площадь верхней грани обелиска по размерам меньше площади основания здания. Длина и ширина верхней грани обелиска, для этого случая, соответственно равна:

A₁ = A тАУ 2L; B₁ = B тАУ 2L.ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4)

Дальность разлета обломков

завал разрушение обломок взрыв

Дальность разлета обломков при взрывах:

Рассмотрим методику определения дальности разлета обломков при взрывах, приняв следующие предпосылки:

тАУ волна мгновенно обтекает обломки вследствие их небольших размеров;

тАУ вращения обломков при разлете и изменения за счет этого лобовой площади F_Л (миделя) не происходит.

Дальность разлета обломков (L) тАУ расстояние от контура здания до основной массы обломков.

Смещение обломков можно описать уравнениями движения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Рассмотрим сначала горизонтальное движение обломков с учетом сопротивления воздуха.

Силу, создаваемую скоростным напором воздушной ударной волны действующим на обломок, вычисляют по формуле

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (5)

где С_Х тАУ коэффициент лобового сопротивления, который для обломков принимают равным 1,5;

r_Ф(t) и U_Ф(t) тАУ плотность и скорость воздушного потока в момент времени t;

F_Л тАУ площадь лобового сечения обломков.

По мере увеличения скорости обломков возрастает сопротивление воздушного потока горизонтальному движению обломка

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (6)

где х (t) - горизонтальная скорость обломка в момент времени t.

Теперь рассмотрим вертикальное движение обломков с учетом сопротивления воздуха. Нагрузка, создаваемая силой тяжести, составит

P = F_Л*d*r*g,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (7)

где d тАУ толщина стены здания;

r тАУ плотность материала;

g тАУ ускорение свободного падения.

Сопротивление воздушного потока вертикальному движению можно описать зависимостью

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (8)

где С_у тАУ коэффициент сопротивления (С_у = С_Х);

F_H тАУ площадь горизонтального сечения обломка;

y²(t) тАУ вертикальная скорость обломка в момент времени t.

Тогда движение обломка можно описать системой уравнений

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (.9)

где m = F_Л * d * r тАУ масса обломка.

Расчеты по формуле (9) и данные натурных завалов показывают, что дальность разлета обломков при минимальном давлении, вызывающем полное разрушение стен зданий, приближенно составляет

, (Н - высота здания).

Дальность разлета обломков при землетрясениях

При землетрясениях дальность разлета обломков рассчитывается из условия, что угол наклона боковых сторон обелиска равен углу естественного откоса. Исходя из этого условия, дальность разлета обломков составляет

, м (Н- высота зданий).

Подведя итоги, можно рекомендовать, при оперативном прогнозировании заваливаемости улиц и подъездных путей, дальность разлета обломков принимать равной (м):

при авариях со взрывом тАУ L = H;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (10)

при землетрясениях тАУ L = H/3.ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (11)

Высота завалов

Высота завалов при взрывах.

Высота завала (h) - расстояние от уровня земли до максимального уровня обломков в пределах контура здания.

Основными факторами, определяющими высоту завала, являются этажность здания и величина действующего давления во фронте воздушной ударной волны. Чем больше давление, тем дальше разлетаются обломки, что приводит к уменьшению высоты завала (рис.2). Максимальной по величине высота завала будет в том случае, если на здание действует минимальное давление, вызывающее разрушение стен здания. За минимальное давление обычно принимают DР_Ф = 0,05 МПа.

Высоту завала можно определить из условия равенства объема образовавшегося завала

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (12)

и объема обелиска

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (13)

где А, В, Н тАУ длина, ширина и высота здания;

у тАУ объем завала на 100 м³ объема здания;

h тАУ высота завала;

L тАУ дальность разлета обломков;

А_ЗАВ, В_ЗАВ тАУ длина и ширина завала

А_ЗАВ = A + 2L; B_ЗАВ = B + 2L (при взрыве внутри здании)

A_ЗАВ = A + L; B_ЗАВ = B + L (при взрыве вне здания) (14)

При расчете высоты завала по формуле (2.13) дальность разлета обломков для аварий со взрывом рекомендуется принимать равной половине высоты здания (L = Н/2).

Рис. 2. Расчетная схема образования завала при различных давлениях во фронте воздушной ударной волны

Н₁, h_n, 1₁, 1_n тАУ соответственно высота и длина завала;

DP₁, DP_i, DP_n тАУ значения давлений (DP₁ < DP_i < DP_n);

В тАУ размер здания.

Высота завала на различных расстояниях х: от здания зависит от высоты завала в пределах контура здания и дальности l разлета обломков

Показатель g в формуле (12) при ориентировочных расчетах рекомендуется принимать равным:

тАУ для промышленных зданий g = 20 м³;

тАУ для жилых зданий g = 40 м³.

Более точные значения показателей g, с учетом различных типов и конструктивных решений зданий, приведены в табл. 1. Эти данные получены на основе статистической обработки соответствующих показателей натурных завалов.

Таблица 1. Объемно-массовые характеристики завала.

Тип здания	Пустотность (a), м3	Удельный объем (g), м3	Объемный вес (b), т/м3
Производственные здания:
одноэтажное легкого типа	40	14	1,5
одноэтажное среднего типа	50	16	1,2
одноэтажное тяжелого типа	60	20	1
Многоэтажное	40	21	1,5
Смешанного типа	45	22	1,4
Жилые дома бескаркасные:
Кирпичное	30	36	1,2
Мелкоблочное	30	36	1,2
Крупноблочное	30	36	1,2
Крупнопанельное	40	42	1,1
Жилые здания каркасные:
со стенами из навесных панелей	40	42	1,1
со стенами из каменных материалов	40	42	1,1

Вместе с этим смотрят:

Анализ вредных и опасных факторов на примере деятельности реставраторов произведений Графики Всероссийского художественного научно-реставрационного центра имени академика И.Э. Грабаря

Анализ и улучшение условий труда в ремонтно-механическом цехе ОАО "Минский моторный завод"

Аттестация рабочего места на предприятии

Безопасность взрывных работ

Безопасность труда на производстве