Поражающее действие урагана

Объекты	Скорость ветра, соответствующая степени разрушения, м/с
	слабой	средней	сильной
Промышленные здания	25-30	30-50	50-70
Кирпичные малоэтажные здания	20-25	25-40	40-60
Трансформаторные подстанции закрытого типа	35-45	45-70	70-100
Наземные металлические резервуары	30-40	40-55	55-70
Газгольдеры	30-35	35-45	45-55
Ректификационные колонны	25-30	30-40	40-55
Подъемно-транспортное оборудование	35-40	40-50	50-60
Трубопроводы наземные	35-45	45-60	60-80
Воздушные линии низкого напряжения	25-30	30-45	45-60
Кабельные наземные линии связи	20-25	25-35	35-50

Табл. 3.7.

П

Шкала магнитуд

Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

Шкалы интенсивности

Основная статья: Интенсивность землетрясения

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в Европе — европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии — шкала Японского метеорологического агентства (Shindo), в США и России — модифицированная шкала Меркалли (MM):

балл (незаметное) - колебания почвы, отмечаемые прибором;

балла (очень слабое) - землетрясение ощущается в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии;

балла (слабое) - колебание отмечается немногими людьми;

балла (умеренное) - землетрясение отмечается многими людьми; возможно колебание окон и дверей;

баллов (довольно сильное) - качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание побелки;

баллов (сильное) - легкое повреждение зданий: тонкие трещины в штукатурке, трещины в печах и т.п.;

баллов (очень сильное) - значительное повреждение здании; трещины в штукатурке и отламывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах, повреждение дымовых труб; трещины в сырых грунтах;

баллов (разрушительное) - разрушения в зданиях: большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб. Оползни и трещины шириной до нескольких сантиметров на склонах гор;

баллов (опустошительное) - обвалы в некоторых зданиях, обрушение стен, перегородок, кровли. Обвалы, осыпи и оползни в горах. Скорость продвижения трещин может достигать 2 км/с;

баллов (уничтожающее) - обвалы во многих зданиях; в остальных - серьезные повреждения. Трещины в грунте до 1 м шириной, обвалы, оползни. За счет завалов речных долин возникают озера;

баллов (катастрофа) - многочисленные трещины на поверхности Земли, больше обвалы в горах. Общее разрушение зданий;

баллов (сильная катастрофа) - изменение рельефа в больших размерах. Огромные обвалы и оползни. Общее разрушение зданий и сооружений.

оражающее действие волны прорыва

Объекты	Степень поражения
	слабая		средняя		сильная
	hг,м	vm,м/с	hг,м	vm,м/с	hг,м	vm,м/с
Кирпичные здания (4 и более эт.)	2,5	1,5	4	2,5	6	3
Кирпичные здания (1-2 этажа)	2	1	3	2	4	2,5
Промышленные здания с легким металлическим каркасом и бескаркасные	2	1,5	3,5	2	5	2,5
Промышленные здания с тяжелым металлическим каркасом или ж/б каркасом	3	1,5	6	3	8	4
Бетонные и ж/б здания	4,5	1,5	9	3	12	4
Деревянные дома (1-2 этажа)	1	1	2,5	1,5	3,5	2
Сборные деревянные дома	1	1	2,5	1,5	3	2

Широкое распространение нашли также методики расчёта, основанные на использовании эмпирических данных, полученных в ходе модельных и полигонных испытаний объектов. Одна из таких методик в качестве примера приводится ниже [7]. Методика предлагает для определения величины избыточного давления на фронте воздушной ударной волны, при котором наступают те или иные степени повреждения промышленных, административных и жилых зданий, использовать следующие эмпирические зависимости:

• для промышленных зданий

Р_ф = 14 К_п К_i [кПа], (3.3)

- для административных и жилых зданий

Р_ф = 23 К_п К_i [кПа]. (3.4)

В формулах (3.3) и (3.4) К_п – коэффициент, характеризующий степень разрушения здания, равный 1 – для полных разрушений; 0,87 – для сильных разрушений; 0,56 – для средних разрушений и 0,35 для слабых разрушений,

где К_к – коэффициент, учитывающий влияние типа конструкции на устойчивость здания и соответственно равный 1 – для бескаркасных конструкций, 2 – для каркасной конструкции, 3,5 – для монолитной конструкции из железобетона;

К

_м ‑ коэффициент, учитывающий влияние на устойчивость вида использованного строительного материала. Коэффициент К_м равен 1 – для дерева, 1,5 – для кирпича, 2 – для слабо армированного железобетона (m< 0,3) и 3 – для нормально армированного железобетона (m>0,3), где m коэффициент армирования железобетона

М_С и М_б – масса стальной арматуры и бетона в строительном материале;

‑ коэффициент, учитывающий высоту здания, где Н_зд высота здания в метрах;

К

_с ‑ коэффициент, учитывающий сейсмостойкость конструкции здания. К_с равен 1 – для несейсмостойких конструкций, 1,5 – для сейсмостойких конструкций;

К_кр ‑ коэффициент, учитывающий грузоподъемность кранового оборудования промышленного здания.

К_кр=1+4,65·10^-3Q,

где Q – грузоподъемность крана в тоннах.

Пример.

Определить величины избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, при которых промышленное здание получит различные степени разрушения. Здание каркасной конструкции, несейсмостойкое, стены кирпичные, высота здания 10 м, грузоподъемность мостового крана Q – 5 т.

Решение.

Пользуясь исходными данными, определяем величины коэффициентов и величину избыточного давления для различных степеней разрушения здания:

‑ для полных разрушений:

К_п=1; К_к=2; К_m=1,5; К_в= =0,846; К_с=1;

К_кр=1+4,65·10^-3·5=1,023

Р_ф=14·1·2·1,5·0,846·1·1,023=36,4 кПа

• для сильных разрушений

К_п=0,87; Р_ф=14·0,87·2·1,5·0,846·1·1,023=31,6 кПа

• для средних разрушений

К_п=0,56 Р_ф=36,4·0,56=20,4 кПа

- для слабых разрушений

К_п=0,35 Р_ф=36,4·0,35=12,7 кПа

Для объектов, имеющих небольшие размеры и быстро обтекаемых ударной волной основная нагрузка так же, как и при ураганах, создается скоростным напором. Действие скоростного напора может привести к смещению объектов относительно основания, их отбрасыванию, опрокидыванию или ударной перегрузке. При смещении объектов, например станков, будет иметь место обрыв кабелей, трубопроводов, повреждение кожухов, измерительных приборов, нарушение горизонтальности, центровки и других параметров, что в целом соответствует по своему характеру слабым и средним повреждениям. При отбрасывании объекта, что происходит при значительном превышении действующей силой F силы трения F_тр, он будет подвергаться ударам. При этом возможны сильные повреждения, а иногда и полное разрушение объекта, в результате деформации опорных устройств, появление в них трещин, деформирования и заклинивания движущихся частей и т.п. Те же последствия характерны и при опрокидывании объектов. Величина действующей при этом нагрузки на объект равна:

F=P_ск·S, (3.5)

где , (3.6)

S и С_х – соответственно площадь лобовой поверхности (миделя) и коэффициент аэродинамического сопротивления объекта.

Значения С_х для тел различной формы приводятся в справочниках. Для некоторых из них они приведены в таблице 3.8. Для тел, имеющих сложную форму, могут быть приблизительно рассчитаны по формуле:

,

где С_xi и S_i – соответственно коэффициент аэродинамического сопротивления и площадь миделя i‑ й части сложного тела.

Табл. 3.8.

Коэффициенты аэродинамического сопротивления C_x для тел различной формы при DP_f< 50кПа

Геометрическая форма тела	Графическое изображение	Соотношение сторон	Сх	Направление движения ударной волны
Куб		a=b=c	1,6	Перпендикулярно грани
Параллеле-пипед		b=c=0,36a	1,3	Перпендикулярно грани ab
		a=c=0,06b	1,2	Перпендикулярно грани ab
		a=b=0,33c	0,85	Перпендикулярно грани ab
		a=b=0,33c	1,3	Перпендикулярно грани ac
П ластина		a=b	1,45	Перпендикулярно пластине
		a=0,06b	1,25	Перпендикулярно пластине
Диск			1,6	Перпендикулярно диску
Цилиндр		=1	0,4	Перпендикулярно оси цилиндра
		=9	0,46	Перпендикулярно оси цилиндра
		d=0,36h	0,73	Перпендикулярно оси цилиндра
Сфера			0,25
Полусфера			0,3	Параллельно плоскости основания
Пирамида			1,1	Параллельно основанию

Пример.

Тело состоящие из цилиндра и двух полусфер, показанное на рис 3.4а, обтекается ударной волной в направлении перпендикулярном его оси. Определить коэффициент аэродинамического сопротивления тела, если диаметр цилиндра d=1 м, высота h=9 м.

Р ешение.

Определяем площадь миделя тел 1, 2 и 3.

S₁=S₃=pd²/8=3,14·1²/8=0,3925 м², S₂=d·h=1·9=9 м².

.

Находим коэффициент аэродинамического сопротивления тела:

Для ударной волны избыточное давление скоростного напора может быть приблизительно также определено через избыточное давление на фронте ударной волны с помощью зависимости:

. (3.7)

Схема нагружения объекта и действующие силы показаны на рис 3.4б.

Условие смещения незакрепленного объекта:

F>F_тр; DР_скС_хS>fmg, (3.8)

Где m – масса объекта, g – ускорение свободного падения, F_тр ‑ сила трения, f – коэффициент силы трения. Значения f приведены в таблице 3.9.

И з выражения (3.8) может быть найдена величина избыточного давления скоростного напора, при превышении которого произойдет смещение объекта. (3.9)

Зная DP_ck, нетрудно, пользуясь выражениями (3.7) и (3.6), определить величину избыточного давления на фронте ударной волны и скорость воздушного потока, при котором возможно смещение объекта.

DP_f³0,2D P_ск+0,4 , (3.10)

, (3.11)

Для закрепленных объектов смещение будет иметь место при выполнении условия F>F_TP+F_r, где F_r – горизонтальная составляющая силы крепления объекта, определяемая как суммарное усилие болтов, работающих на срез.

Условие опрокидывания незакрепленного объекта:

Fh³mga; D P_ckС_xSh³mga, (3.12)

где h – высота приложения силы F, определяемая при простой форме площади миделя S как расстояние от ее центра тяжести до опорной поверхности объекта, а - плечо момента массы объекта. При сложной форме площади миделя она разбивается на простые площади S_i с соответствующими высотами h_i своих центров тяжести и находится по формуле: h= S_i/ .

Табл. 3.9.