Глава 8 оценка инженерной обстановки

Оценка инженерной обстановки производится на основании данных се выявления. Основным методом выявления инженерной обстановки является прогнозирование.

8.1. Выявление инженерной обстановки при аварийных взрывах методом прогнозирования

8.1.1. Подготовка исходных данных

Основными исходными данными для прогнозирования инженерной обстановки на объектах железнодорожного транспорта являются:

• местоположение возможного центра взрыва (источника ЧС) и характеристика аварийного взрыва;

• удаление сооружений и устройств от источника ЧС и их способность противостоять воздействию воздушной ударной волны взрыва.

Характеристика аварийного взрыва и его местоположение позволяет определить значения параметров воздушной ударной волны ( и ) на удалении от центра взрыва R, т.е. в районе любого сооружения,

находящегося в зоне ЧС. Такое определение параметров производят по заранее построенному графику . Соответствующие значения рассчитывают по формуле (3.1).

103

Порядок построения графиков при взрывах взрывча-

тых материалов, горючевоздушных смесей и углеводородных газов рассмотрен в главе 3 (пример 3.1, рис. 3.6).

Способность сооружений противостоять воздушной ударной волне взрывов характеризуется и\устойчивостью, которая определяется заранее экспериментально (при взрывах) или с использованием расчетов.

При подготовке исходных данных об устойчивости сооружений принято все сооружения делить на три группы (по характеру воздействия на них ударной волны).

Группа I — массивные сооружения больших размеров, имеющие соответствующий фундамент (здания различных типов, защитные сооружения, трансформаторные и тяговые подстанции, водонапорные башни и др.). Сооружения этой группы разрушаются в основном при воздействии на них избыточного давления во фронте ударной волны . Устойчивость этих сооружений достаточно хорошо исследована экспериментальным путем и с достаточной полнотой представлена в справочниках.

Группа II - элементы, быстро обтекаемые ударной волной (железнодорожный путь, подвижной состав, машины, станки, различные технические средства). Устойчивость многих элементов этой группы, имеющих разнообразные параметры, не представлена в полной мере в существующих справочниках, поэтому ее определяют путем расчета элементов на смещение, опрокидывание и отброс.

Группа III - элементы, подверженные инерционному разрушению (аппаратура связи и СЦБ, ЭВМ, электроприводы локомотивов, машин, измерительные приборы и др.). Для элементов этой группы опасны большие ускорения, получаемые ими в результате действия ударной волны. В элементах электроприборов, имеющих определенную массу и упругость, возникают силы, способные привести к внутренним повреждениям схем (отрыву припаянных элементов, разрыву соединений приборов, разрушению хрупких элементов). Устойчивость элементов третьей группы определяется расчетом на инерционное разрушение.

Определение устойчивости элементов второй группы с использованием расчетов на смещение, опрокидывание и отброс.

Принято считать, что смещение вызывает слабое разрушение, выводя из строя наиболее уязвимые части элементов (подводящие питающие кабели, пульты управления и т.п.). Опрокидывание вызывает среднее разрушение элементов в связи с деформацией опрокинутых конструкций. При отбросе происходят сильные и полные разрушения - деформируются несущие конструкции (рамы, станины, базовые детали). Поэтому элементы второй группы рассчитываются на смещение, опрокидывание и отброс по предельной величине скоростного напора. (Машины, подвижной состав и

другие технические средства, имеющие ходовую часть, на смещение не рассчитываются.)

Расчеты на смещение состоят в определении предельного значения скоростного напора , Па, при превышении которого происходит

смещение элемента из условия превышения смещающей силы силы

трения (рис. 8.1) :

⁽⁸¹⁾

где f - коэффициент трения (определяется по табл. 8.1);

т - масса элемента, кг;

g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с";

- коэффициент аэродинамического сопротивления элемента (определяется опытным путем и зависит от его обтекаемости ударной волной) (табл. 8.2);

- площадь Мидлева сечения обтекаемого элемента (площадь проекции элемента на поверхность, нормальную к направлению движения ударной волны), м". Для упрощения расчетов при определении Sm принимается самое неблагоприятное условие - направление движения фронта ударной волны перпендикулярно наибольшей площади элемента.

Рис. 8.1. Силы, действующие на элемент при смещении Рдсчеты на опрокидывание элементов производят на основе сравнения опрокидывающего и удерживающего моментов (рис. 8.2), при этом определяется , Па:

(8.2)

105

где - предельное значение давления скоростного напора, при пре-

вышении которого происходит опрокидывание элемента и он получает разрушения средней степени;

b/2 - удерживающее плечо, м;

z — плечо опрокидывания, м.

Таблица 8.1 Коэффициент трения между поверхностями различных материалов

Наименование трущихся поверхностей	Коэффициент трения
Сталь по стали	0,15
Сталь по чугуну	0,3
Ч\тун по бетону	0,35
Металл по линолеуму	0,2-0,4
Металл по бетону	0,2-0,5
Металл по дереву	0,6
Резина по грунту	0,8
Коэффициент трения качения стального колеса: по рельсу по дереву	0,05 0,12-0,15

Рис. 8.2. Моменты сил, действующих на элемент при опрокидывании

Условием отброса элемента (сопровождающегося его деформацией и получением сильных или полных разрушений) является превышение

фактическим давлением скоростного напора ДР*_К предельного значения

скоростного набора ДР"_к^ред в пять и более раз, определенного в районе расположения данного элемента по формуле (8.2).

Та б л и ц а 8.2 Коэффициенты аэродинамического сопротивления для элементов различных форм

Форма элемента	Рисунок		Направление движения воздуха
Параллелипипед		0,85 1,3	Перпендикулярно квадратной грани Перпендикулярно прямоугольной грани
Куб		1,6	Перпендикулярно грани
Пластина квадратная		1,45	Перпендикулярно пластине
Диск		1,6	Перпендикулярно диску
Цилиндр: Ш=1 Ш = 4 hid = 9		0,4 0,43 0,46	Перпендикулярно оси цилиндра
Сфера		0,25
Полусфера		0,25	Параллельно плоскости основания
Пирамида Пирамида усеченная		1.1 1,2-1,3	Параллельно основанию

По значениям давлений скоростного напора , рассчитанным

по формулам (8.1) и (8.2), определяют избыточные давления по

формуле (3.1) или по графику (рис. 3.3), что позволяет сравнивать устойчивость сооружений в единых показателях -

Расчет элементов третьей группы на инерционные разрушения сводят к определению по формуле (8.3) предельного значения избыточного лобового давления АР_ЛОб, Па, по которому определяют предельное значение избыточного давления ударной волны

Считается, что при превышении значения элемент

полностью выходит из строя, получая сильные и полные разрушения.

(8.3)

(8.3)

где - масса прибора, кг;

- допустимое ускорение, м/с²;

- наибольшая площадь прибора, м².

Допустимые предельные ускорения <7_Л0П для каждого конкретного изделия приводятся в технических условиях на его изготовление, и для наземной аппаратуры при ориентировочных расчетах а_доп можно принять равным 100 м/с².

По значениям с использованием графика рис. 8.3 определяют

величину и делают вывод о том, разрушен или не разрушен эле-

мент.

Рис. 8.3. График зависимости избыточного лобового давления от избыточного давления ударной волны

Примеры определения устойчивости сооружений с использованием расчетов.

Пример 8.1. Определить предельное значение АРф, превышение которого приведет к смещению вертикально-фрезерного станка, установленного в механическом цехе электродепо, относительно бетонного основания.

Исходные данные: длина станка / = 900 мм, ширина b = 800 мм, высота h = 1800 мм, масса т = 800 кг.

Решение:

1. По формуле (8.1) определяют давление скоростного напора, при пре вышении которого сместится станок. Коэффициент трения / чугунного основа ния станка по бетону равен 0,35 (табл. 8.1). Коэффициент аэродинамического сопротивления равен 1,3 (табл. 8.2).

2. По величине = 1,3 кПа с использованием формулы (3.1) или графи ка рис. 3.3 определяют = 20 кПа.

Вывод: При в районе механического цеха, превышающем 20 кПа,

ударная волна вызовет смещение станка, что приведет к его слабому разрушению.

Пример 8.2. Определить, при каких условиях может опрокинуться порожний четырехосный полувагон, имеющий следующие характеристики: масса т = 22 т, длина кузова = 12,7 м, высота кузова = 2,5 м, высота от головки рельса h = 3,48 м, расстояние между колесами колесной пары, опирающихся на рельсы Ь= 1,52 м (рис. 8.4).

Решение:

1. По формуле (8.2) определяют значение , при превышении кото-

poro произойдет опрокидывание полувагона. Значения

(табл. 8.2), тогда

По графику (рис.3.3) или формуле (3.1) определяют, что давлению скоростного напора кПа соответствует избыточное давление

Вывод: При превышении данного давления при неблагоприятных условиях (фронт ударной волны распространяется перпендикулярно наибольшей площади полувагона) произойдет опрокидывание полувагона.

109

Рис. 8.4. Схема, поясняющая условия примера 8.2

Пример 8.3. Определить предельное значение избыточного давления , при превышении которого электроприбор получит инерционное разрушение и полностью выйдет из строя. Характеристика прибора: длина / = 420 мм, ширина Ъ = 420 мм, высота h = 720 мм, масса т = 60 кг, допустимое ускорение при ударе составляет = 100 м/с².

Решение:

1. Находят избыточное лобовое давление, которое может выдержать при бор:

2. Определяют по графику рис. 8.3 предельное значение : при

Вывод: При кПа прибор получит сильные разрушения от инер-

ционных перегрузок.

Подготовка данных о характере изменения при взрыве в зави-

симости от массы взрывоопасного вещества Q и расстояния R, а также об устойчивости сооружений позволяет перейти непосредственно к прогнозированию инженерной обстановки с использованием схемы ОЖДТ.