CC BY
16
УДК 628.8:697.94
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЗАЩИЩЕННОСТИ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИИ ОТ ДЕЙСТВИЯ ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ ПАВОДКА
A.B. Рыбаков
доктор технических наук, доцент, начальник лаборатории информационного обеспечения населения и технологий информационной поддержки РСЧС Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск
E-mail: anatoll_rubakovQmail.ru
E.B. Иванов
кандидат технических наук
адъюнкт научно-исследовательского центра
Академия гражданской защиты МЧС России
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки,
мкр. Новогорск
E-mail: linia-zhizniQyandex.ru
Д.С. Сатбеков
адъюнкт научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: d.satbekovQamchs.ru
П.А. Янышев
курсовой офицер Кадетского пожарно-спасательного корпуса
Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: p.yanyshevQamchs.ru
Аннотация. В работе представлен подход к проведению оценки защищенности мостовых сооружений к действию поражающих факторов паводка. В основу подхода положено применение показателя защищенности, позволяющего учесть как параметры поражающих факторов, оказывающих воздействие на объект, так и характеристики конструктивных элементов его составляющих. На основе предлагаемого подхода предлагается методика оценки защищенности мостовых сооружений к действию паводка.
Ключевые слова: показатель защищенности, паводок, поражающие факторы, мостовые сооружения.
Цитирование: Рыбаков A.B., Иванов Е.В., Сатбеков Д.С. Методика оценки защищенности мостовых сооружений от действия поражающих факторов паводка // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2019. № 2 (41). С. 87-93.
Введение. В России, как и во всем мире, сохраняется глубокая обеспокоенность происходящими в настоящее время катастрофическими наводнениями, приводящими к существенному нарушению среды обитания человека. События последних лет показывают, что современное хозяйственное освоение и использование потенциально затопляемых территорий в большинстве субъектов Российской Федерации не ориентированы на необходимое соблюдение элементарных правил и норм, обеспечивающих защиту людей, объектов и территорий от наводнений [1].
Во многом данная ситуация связана с тем, что в настоящее время отсутствует величина, позволяющая судить о степени защищенности объектов, находящихся на потенциально за-
топляемых территориях, от действия поражающих факторов паводка.
В настоящее время оценка состояния объектов, подвергшихся воздействию поражающего действия паводка, осуществляется по упрощенной методике [2], которая учитывает действие только лишь двух поражающих факторов (глубина потока и скорость течения). При этом в качестве объектов оценки рассматриваются некоторые типовые здания, сооружения и конструкции без учета особенностей конструктивных параметров элементов, составляющих данные объекты.
В качестве подхода, позволяющего учесть как параметры поражающего фактора, так и собственные характеристики объекта, предлагается применять аналогичный изложенным в работах [3, 4]. При этом общая концеп-
ция данного подхода наиболее полно изложена в работе [5].
Объектом исследования настоящей статьи являются мостовые сооружения, как наиболее уязвимые объекты инфраструктуры, разрушение которых в ходе наводка может привести к значительным экономическим потерям. Данные статистики, также говорят в пользу правильности выбора объекта исследования [6].
В настоящей статье изложены основные положения методики оценки защищенности мостовых сооружений от действия поражающих факторов наводка.
Постановка задачи. Основные элементы мостового сооружения [7] могут быть представлены в виде структурной схемы (рисунок 1).
Рисунок 1 Структурная схема мостового сооружения
Одним из основных требований к потребительским свойствам моста, является «Безотказность в чрезвычайных ситуациях». В качестве показателя оценки данного потребительского свойства указывается «Гарантия не разрушения», в качестве параметра «Конструктивные, расчетные и эксплуатационные требования но обеспечению не разрушения сооружения, в том числе к защите от опасных природных воздействий» [7].
Таким образом, ГОСТ устанавливает тре-
бования но проведению расчетов но оценке защищенности мостовых сооружений от воздействия поражающих факторов чрезвычайных ситуаций (далее ЧС).
Оценка степени защищенности мостовых сооружений к воздействию поражающих факторов ЧС может быть сведена к решению задачи но определению значений показателей защищенности критических элементов мостовых сооружений (1) и их соотнесению со значениями показателя за-
щищенноети, соответствующих храни чным условиям разрушения (2), (3)
к = / (Р,Ф),
к ^^ ^оп,
к > к0
(1) (2) (3)
где
ф - параметры конструктивных элементов составляющих мостовое сооружение, Р - параметры поражающего фактора ЧС,
коп - максимальные значения показателя защищенности соответствующие разрушению объекта.
Для случая (2) конструктивный элемент разрушен, для случая (3) конструктивный элемент не разрушен.
Применительно к паводку в качестве параметров поражающих) фактора ЧС будем рассматривать следующие: к - глубина потока, V - скорость течения, £ - время действия потока на элемент мостового сооружения, а - угол, между элементом мостового сооружения и перпендикуляром направления движения потока.
В качестве основных параметров конструктивных элементов мостового сооружения предлагается рассматривать следующие: х,у, г - геометрические размеры элемента; ау - предел текучести материала элемента; Е - модуль Юнга материала элемента; М - момент инерции элемента; т - статическая нагрузка на элемент; ^ - эмпирические коэффициенты, учитывающие характер грунта, тела устоя и другие факторы.
По аналогии с подходом, предложенным в работе [3], построим плоскость, характеризующую все множество состояний объекта, описываемых значениями ^ = /(<У>, <к>), где значения <У> и <к>, зависят как от характеристик ф, так и от значений Р (1).
На следующем этане необходимо произвести разделение всей области <У>-<к> - диаграммы на ряд подобластей,
характеризующих различные степени разрушения элементов мостового сооружения. Для чего необходимо выявить следующие функциональные зависимости
<У>= } (Ру,фу)
<к>=1(РЬ,фЬ)
(4)
(о)
где Ру - параметры поражающего фактора паводка, от которых зависят значения приведенной скорости течения потока;
фи - параметры конструктивных элементов, составляющих мостовое сооружение, от которых зависят значения приведенной скорости течения потока;
Рь - параметры поражающего фактора паводка, от которых зависят значения приведенной глубины потока;
фь - параметры конструктивных элементов, составляющих мостовое сооружение, от которых зависят значения приведенной глубины потока.
После нахождения функциональной зависимости, на основе анализа имеющейся статистики, описывающей условия разрушения мостовых сооружений иод действием паводковых вод, возможно определение границ на <У>-<к> - диаграмме, разделяющей области разрушения-неразрушения мостового сооружения (рисунок 3).
Рисунок 2 - <У>-<к> - диаграмма с разделением областей состояния элементов мостового сооружения
Как показано на рисунке 2,<У> — < Н > диаграмма условно может быть разделена на 4 области:
<У>><У>0п,<Н>><Н>0п^1 область, характеризующая разрушение объекта, обусловленное действием как приведенной скорости, так и глубины потока (область полных и средних разрушений);
< V > < < V >оп, < Н > < < Н >г
III
область, характеризующая неразрушение объекта (область слабых разрушений и неразрушения) ;
< V > > < V >оп, < Н > < < Н >г
II
область, характеризующая разрушение объекта, обусловленное действием только приведенной скорости потока (область средних разрушений);
< V > < < V >оп, < Н > > < Н >оп - IV область, характеризующая разрушение объекта, обусловленное действием только приведенной глубины потока (область средних разрушений).
Таким образом, решение задачи оценки защищенности мостовых сооружений от действия поражающих факторов паводка сводиться к отнесению критических элементов мостового сооружения к той или иной области <У> — <Н> диаграммы.
Решение. Выражение (1) предлагает осуществлять определение степени защищенности элементов мостовых конструкций по значениям показателя защищенности.
Под показателем защищенности понимается величина, позволяющая характеризовать способность объекта противостоять угрозам с сохранением возможности выполнять свои основные функции и задачи в условиях воздействия поражающих факторов ЧС.
Показатель защищенности определяется как отношения характеристик желаемого состояния - устойчивого функционирования объекта (область III на рисунке 2) к текущему состоянию объекта. Применительно к <У>-Н
гут быть найдены по соотношению площадей, представленных в формуле (6)
к =
< >оп < Н >о
< V >< Н >
(6)
Методика определения состояния мостовых сооружений включает в себя выполнение следующих операций:
1. Нахождение вероятных значений параметров поражающего фактора паводка, которые будут влиять на значения показателя защищенности (которые в свою очередь зависят от сценария развития паводка).
2. Декомпозиция мостового сооружения на конструктивные элементы, определение критических элементов, разрушение которых будет приводить к разрушению всего мостового сооружения.
3. Нахождение значений параметров конструктивных элементов, составляющих мостовое сооружение.
4. Расчет значений величин <У> и <Н>.
5. Определение положения точки, характеризующей состояние элемента мостового сооружения на <У>-<Н> - диаграмме.
6. Нахождение значений показателя защищенности конструктивного элемента мостового сооружения.
7. Определение уровня защищенности (степени разрушения) каждого критического элемента мостового сооружения.
8. Вывод о состоянии мостового сооружения.
Полученные значения показателя защищенности для обоснования вывода о состоянии элементов мостового сооружения и всего сооружения в целом необходимо интерпретировать с точки зрения применения его на практике. Для этого требуются разработать качественную шкалу оценки, позволяющую установить соответствие между значениями показателя защищенности и качественным состоянием мостового сооружения, подвергшегося воздействию паводка.
Разрушения мостовых сооружений можно характеризовать четырьмя степенями: полные, сильные, средние и слабые разрушения.
Полное разрушение характеризуется обрушением сооружения, от которых могут сохраниться незначительная часть прочных конструктивных элементов.
Для сильных разрушений характерно сплошное разрушение несущих конструкций сооружений. При сильных разрушениях могут сохраняться наиболее прочные конструктивные элементы сооружения, элементы каркасов, ядра жесткости.
Средние разрушения характеризуются снижением эксплуатационной пригодности сооружений. Несущие конструкции сохраняются и .лишь частично деформируются, при этом снижается их несущая способность. Для слабых разрушений характерно частичное разрушение отдельных элементов сооружения, основные несущие конструкции сохраняются.
С целью разработки шкалы, для оценки значений показателя защищенности, необходимо провести сопоставление ехх) значений со степенями разрушений мостовых сооружений при различных условиях воздействия поражающих) фактора. Указанные расчеты мохут быть представлены в табличном виде:
Таблица 1 Величины потери несущей способности и соответствующие им значения показателя защищенности и степени разрушений, характеризующих эти значения
Значения параметра параметров поражающих) фактора (Р)
Р1 Р2 Рз Ра Ръ Рв р 1 п
Значения потери несущей способности, 5 ¿2 ¿3 ¿4 ¿5 56
Значения показателя защищенности, к к1 к2 кз к4 к5 к6 кп
Степень разрушения не разр. слабая средняя сильная полная
Рисунок 3 Шкала оценки состояния элементов моетовохх) сооружения
На основании этих соотношений строится шкала оценки значений показателя защищенности (рисунок 3).
Наличие шкалы оценки значений защищенности мостовых сооружений к воздействию поражающих факторов паводка, позволит существенно облегчить дальнейшее проведение расчетов оценки. Это связано со сравнительной простотой предлагаемого подхода.
Заключение. В работе приведен подход к нахождению комплексного показателя, характеризующего защищенность
мостовых сооружений и позволяющего учитывать особенности сценария воздействия поражающих факторов паводка и конструктивных особенностей объекта. Построена шкала соответствия степеней разрушения и значений показателя защищенности, что позволит использовать значения показателя проведение количественной оценки мероприятий повышения защищенности мостовых сооружений при разработке разделов инженерно-технических мероприятий гражданской обороны.
Литература
1. Разумов В.В., Качанов С.А., Разумова Н.В. и др. Масштабы и опасность наводнений в регионах России / под редакцией В.В. Разумова // М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС. 2018. - 363 с.
2. Наставление по организации и технологии ведения аварийно-спасательных и других неотложных работ при чрезвычайных ситуациях. Часть 3. Организация и технологии ведения аварийно-спасательных и других неотложных работ при наводнениях и катастрофических затоплениях местности / М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС. 2001. - 165 с.
3. Рыбаков A.B., Иванов Е.В., Седов Д.С., Овсянников P.E. О подходе к определению показателя и построение шкалы оценки защищенности опасного производственного объекта // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. - 2017. - №3 - С344-352.
4. Рыбаков A.B., Кочелаев A.A., Иванов Е.В. О показателе защищенности населения в жилых зданиях при химическом заражении территории / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2018. - №1 - С.24-30.
5. Гуменюк В.И., Толочко И.А. Моделирование стойкости объекта энергетики к воздействию поражающих факторов ЧС с использованием детерминированного подхода // Сборник научных трудов IX Всероссийской научно-практической конференции. 2017. Изд.: Политехнического университета. - С.169-173.
6. Кузнецова C.B., Козлов A.B. Причины аварий мостовых сооружений на территории РФ и стран СНГ // 39-й выпуск сборника «Дороги и мосты» «РОСДОРНИИ». 2018. - С.204-219.
7. ГОСТ 33178-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Классификация мостов. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200123495 (дата обращения: 17.06.2019).
METHODS OF ASSESSMENT OF BRIDGE STRUCTURES FROM THE DAMAGING FACTORS OF FLOOD
Anatoly RYBAKOV
D.(Technical), associate professor,
Head of the Information Laboratory providing
population and technology information support RSChS
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow Region, Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: anatoll_rubakovQmail.ru
Evgeny IVANOV
Ph.D(Technical)
Adjunct Research Center
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow Region, Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: linia-zhiznidyandex.ru
Didar SATBEKOV
Adjunct Research Center
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow Region, Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: d.satbekovQamchs.ru
Pavel YANYSHEV
Course officer cadet fire and rescue shells Civil Defence Academy EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk E-mail: [email protected]
Abstract. The paper presents an approach to assessing the security of bridge structures to the impact of flood factors. The approach is based on the application of the security index, which allows to take into account both the parameters of the damaging factors affecting the object and the characteristics of the structural elements of its components. On the basis of the proposed approach, a method of assessing the security of bridge structures to the action of flood is proposed. Keywords:protection index, flood, affecting factors, bridge structures.
Citation: Rybakov A.v., Ivanov E.V., Satbekov D.S. Methods of assessment of bridge structures from the damaging factors of flood // Scientific and educational problems of civil protection. 2019. No. 2 (41). pp. 87-93.
References
1. Razumov V.V., Kachanov S.A., Razumova N.V. et al. Scales and danger of floods in the regions of Russia / edited by V.V. Razumov // M .: FSBI VNII GOCHS. 2018. - 363 s.
2. Manual on the organization and technology of emergency and rescue and other urgent work in emergency situations. Part 3. Organization and technology of rescue and other urgent work during floods and catastrophic flooding of the area / M .: FSBI VNII GOCHS. 2001. - 165 p.
3. Rybakov AV, Ivanov EV, Sedov DS, Ovsyannikov R.Ye. On the approach to the definition of the indicator and the construction of a scale for assessing the security of a hazardous production facility // Scientific and Technical Bulletin of Bryansk State University. - 2017. - №3 - C344-352.
4. Rybakov A.V., Kochelaev A.A., Ivanov E.V. On the indicator of the protection of the population in residential buildings during chemical contamination of the territory // Scientific and educational problems of civil protection. - 2018. - №1 - C.24-30.
5. Gumenyuk V.I., Tolochko I.A. Modeling the resistance of an energy object to the impact of damaging factors of an emergency using a deterministic approach // Proceedings of the IXth All-Russian Scientific Practical Conference. 2017. Publisher: Polytechnic University. - P.169-173.
6. Kuznetsova S.V., Kozlov A.V. Causes of accidents of bridge structures in the territory of the Russian Federation and CIS countries // 39th issue of the collection "Roads and bridges" "ROSDORNII". 2018. -P.204-219.
7. GOST 33178-2014 Public roads. The classification of bridges. [Electronic resource] - Access mode: http://docs.cntd.ru/document/1200123495 (access date: 17.06.2019).
