ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ И ВАРИАНТЫ РЕШЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Пепеляев А.А.,

ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь, доцент кафедры Строительных конструкций и вычислительной механики

Чеклецова И.А.

ООО «Уралэксперт», г. Пермь, руководитель службы качества и стандартизации

ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ И

ВАРИАНТЫ РЕШЕНИЯ

PROBLEM OF ENSURING MECHANICAL SAFETY OF CIVILIAN BUILDINGS AND

VERSIONS OF DECISION

Pepelyaev A.A., Perm national research polytechnic university, Perm, associate professor of «Building constructions and computing mechanics»

Chekletsova I.A., LLC «Uralexpert», Perm, head of quality and standardization

АННОТАЦИЯ

Внутриквартирный взрыв бытового газа зачастую приводит к обрушению части несущих конструкций, а также может привести к прогрессирующему обрушению здания. Существует противоречие: с одной стороны нормы предписывают обеспечение механической безопасности всех зданий, а, значит, и жилых; с другой - исключают из требований к расчету при проектировании наиболее опасную для конструкций жилых зданий аварийную ситуацию. В отличие от отечественных норм, в их зарубежных аналогах широко представлены требования по защите жилых зданий от прогрессирующего обрушения и от действия внутренних взрывов. При появлении в обязательных к исполнению национальных стандартах или сводах правил требований по защите от прогрессирующего обрушения возникнет необходимость в апробированных методиках и верифицированных вычислительных технологиях, способных решать задачи моделирования аварийной ситуации внутри здания. Подобная технология для расчета кирпичных зданий предложена в работах исследователей Пермского национального политехнического университета.

ABSTRACT

Intra room explosion of household gas often leads to a collapse of a part of the bearing designs, and also can lead to the progressing building collapse. There is a contradiction: on the one hand norms order ensuring mechanical safety of all buildings, and, so and inhabited; with another - exclude from requirements to calculation at design the most dangerous to structures of residential buildings an emergency. Unlike domestic norms, in their foreign analogs requirements for protection of residential buildings against the progressing collapse and from action of internal explosions are widely submitted. At emergence in national standards or sets of rules of requirements for protection, obligatory to execution, against the progressing collapse there will be a need for the approved techniques and the verified computing technologies capable to solve problems of modeling of an emergency in the building. The similar technology for calculation of brick buildings is offered in works of researchers of the Perm national polytechnical university.

Ключевые слова: безопасность, прогрессирующее обрушение,

моделирование Keywords: safety, the progressing collapse, modeling

В соответствии с данными Федеральной службы государственной статистики, приведенными в разделе "Основные показатели жилищных условий населения", общее число квартир жилищного фонда Российской Федерации по состоянию на 2015 год составило 64 миллиона единиц [1]. В результате реализации Программы газификации регионов России с 2005 по 2015 годы средний уровень газификации вырос с 53,3% до 66,2% [2]. Таким образом, на сегодня на территории Российской Федерации находятся 42 миллиона газифицированных квартир, в каждой из которых теоретически может возникнуть аварийная ситуация, сопровождающаяся взрывом газа.

Внутриквартирный взрыв бытового газа зачастую приводит к разрушению не только самонесущих легких конструкций здания (перегородок, наружных самонесущих стеновых панелей), но и к обрушению части несущих конструкций, а также может привести к прогрессирующему обрушению здания.

Согласно ст. 7 Федерального закона №384-Ф3 [3], строительные конструкции любого здания должны обладать такой прочностью и устойчивостью, чтобы в процессе строительства и эксплуатации не возникало угрозы причинения вреда жизни или здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений, в том числе от следующих воздействий:

• разрушения отдельных несущих строительных конструкций или их частей;

• разрушения всего здания, сооружения или их части.

Состояние строительных конструкций, при котором обеспечивается это требование, определяется, согласно ст. 2 [3], как механическая безопасность.

Совершенно очевидно, что механическая безопасность зданий, в которых произошли взрывы газа, вызвавшие разрушения конструкций и прогрессирующее обрушение, не была обеспечена на

стадии проектирования. Причина - дополнительная динамическая нагрузка от взрыва газа не была учтена при проведении расчетов строительных конструкций.

Ст. 16 [3], в которой приводятся требования по обеспечению механической безопасности здания или сооружения, устанавливает: аварийная расчетная ситуация (в том числе взрыв) учитывается только при проектировании зданий повышенного уровня ответственности. Вместе с тем, следуя положениям ст. 4 [3], жилые здания относят к нормальному уровню ответственности, а потому расчету на взрыв они не подлежат.

Можно отметить наличие явного противоречия: с одной стороны технический регламент предписывает обеспечение механической безопасности всех зданий, а, значит, и жилых; с другой - исключает из требований к расчету при проектировании наиболее опасную для конструкций жилых зданий аварийную ситуацию.

Аварии от взрыва бытового газа происходят не только в России. Но, в отличие от отечественных норм, в их зарубежных аналогах широко представлены требования по защите жилых зданий от прогрессирующего обрушения и от действия внутренних взрывов.

Так, в Еврокоде 1 [4] указано, что при проектировании зданий и инженерных сооружений с газоснабжением (например, химические лаборатории, резервуары, бункеры, канализационные системы, квартиры с газовыми установками, трубопроводы, дорожные и железнодорожные тоннели), следует учитывать вероятность взрыва. Согласно п. 5.3 [4] конструкции следует проектировать таким образом, чтобы исключить возможность прогрессирующего обрушения в результате взрыва внутри помещений. Для ограничения последствий взрывов допускается применять следующие меры по отдельности или в комплексе:

расчет конструкции на пиковое давление взрыва;

применение легкосбрасываемых элементов с установленным давлением срабатывания;

разделение соседних участков сооружения с хранящимися взрывчатыми веществами;

ограничение зон сооружения, подверженных риску взрыва;

применение специальных защитных мер между смежными конструкциями.

При сравнительном анализе отечественных и европейских технических норм проектирования зданий и сооружений обнаруживается различный подход к обеспечению механической безопасности.

Отличительная особенность европейской национальной стратегии стандартизации - реализация принципа упреждения возможных ущербов путем жесткой регламентации на всех стадиях жизненного цикла здания или сооружения, особенно на стадии проектирования. В результате чего проектируемые по европейским стандартам жилые здания защищаются от взрывов и прогрессирующего обрушения по специально разработанным методикам уже на стадии проектирования.

В России стандартизация в основном рассматривается как инструмент обеспечения выполнения требований технических регламентов, однако на сегодня имеется явное противоречие между требованиями технического регламента и отсутствием реальных инструментов для реализации таких требований, в результате чего жилые здания с газовым оборудованием на стадии проектирования не рассчитываются на аварийную ситуацию.

Из доклада министра строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ [5] можно заключить: в 2015 году Правительством принято решение о реализации комплексной программы реформирования системы технического регулирования и сметного нормирования в строительстве. В рамках исполнения государственного задания до конца 2017 года планируются к пересмотру действующие своды правил и актуализации строительные нормы и правила в объеме, необходимом для преодоления существующего отставания в технологическом развитии и устранения выявленных дублирований и противоречий по результатам проводимого на регулярной основе мониторинга, будут разработаны новые своды правил, в соответствии с потребностями отрасли.

При появлении в обязательных к исполнению национальных стандартах или сводах правил требований по защите от прогрессирующего обрушения и учету взрывной нагрузки при проектировании жилых зданий в соответствии с требованиями ч. 6 ст. 15 Федерального закона №384-Ф3 (о способах обоснования соответствия проектных значений и характеристик здания или сооружения требованиям безопасности) возникнет необходимость в апробированных методиках и верифицированных вычислительных технологиях, способных решать задачи моделирования аварийной ситуации внутри здания.

Подобная технология для расчета кирпичных зданий предложена в работах исследователей Пермского национального политехнического университета [6, 7]. Для расчета интенсивности взрывной нагрузки и изучения влияния фактических показателей воздухообмена помещений и вентиляции, в ней используется многоцелевой программный комплекс FlowVision, созданный российской компанией ТЕСИС и предназначенный для моделирования трехмерных течений жидкости и газа в технических и природных объектах, а также визуализации этих течений методами компьютерной графики. FlowVision позволяет решать газодинамические задачи и сопряженные задачи взаимодействия потока с деформируемым телом совместно с конечно-элементными программами.

Математические модели, используемые при решении задачи, опираются на классические труды по гидрогазодинамике, а также на работы современных ученых, например [8].

Модель горения газа в воздухе представляет собой совокупность уравнений конвективно-диффузионного переноса, которые описаны в модели слабосжимаемой жидкости и включают в себя:

- уравнения Навье-Стокса:

dpV dt

+ V(pV 0 V) =-VP + [ß + ßx )(VV + (VV)T)] + S

-p + V(pV) = 0 dt

где:

- уравнение состояния:

- закон сохранения энергии: djph )

dt

P =

abs

S = (p-phyd) g + pB + R

PR0Tabs

M

+ V(pVh) = V

(f

vv

л_

C

+

ß Pr

л ^ Vh

+ Q

(1) (2)

(3)

(4)

(5)

P " t У

- уравнение для скалярных величин ^, описывающих концентрацию топлива, окислителя, продуктов

сгорания, нейтрального газа, оксидов азота и маркеров:

^ Л

vv Sc Sc

dt

+vpVt)=v

Л

't J

+

(6)

J

Уравнения (1 - 6) замыкаются уравнениями стандартной k — 8 модели турбулентности.

Здесь V - оператор Гамильтона, Д - оператор Лапласа, t - время, V - коэффициент кинематической вязкости, р - плотность, p - давление, и = (и1 ...и'1) - векторное поле скоростей, ?-векторное поле массовых сил, t - время, h - высота столба жидкости, отсчитываемая от дна расчетной области, Ср - удельная теплоемкость, Х- молекулярная теплопроводность, М - молекулярный вес,

^ - турбулентная динамическая вязкость, Р^ -

турбулентное число Прандтля, Я0 - универсальная

газовая постоянная, 8е - число Шмидта, ^ - турбулентное число Шмидта, Q - кол-во теплоты, ц -молекулярная динамическая вязкость,

Неизвестные р и и являются функциями времени t и координаты X ёП , где О ^ Я", п = 2,3 — плоская или трехмерная область, в которой движется жидкость или газ.

Оператор Лапласа - дифференциальный оператор, действующий в линейном пространстве гладких функций. Функции F он ставит в соответствие

функцию

d2

v-X2

+ -

d2

dx2

+...+

d

2

dx2 dXn

F.

Оператор Гамильтона - векторный дифференциальный оператор. Для трёхмерного евклидова пространства в прямоугольных декартовых координатах, он определяется следующим образом:

_ д ^ д ^ д г V = — I +— } +— k. дх ду дг

Для дальнейшего исследования процесса деформирования и разрушения конструкций здания при действии взрывной нагрузки результаты расчета (величины давления) из FlowVision импорти-

руются в конечно-элементный программный комплекс ANSYS. Принцип данной связки программных комплексов выполнен на основе работы Лукьяновой И.Э. и Шмелева В.В. [9].

Подобная вычислительная технология позволяет изменять в процессе исследования модели различные архитектурные, объемно-планировочные и конструкционные характеристики здания на стадии проектирования для выявления наиболее рациональных их значений. В частности, вводить легко-сбрасываемые окна в модель здания, уменьшать или увеличивать размеры помещений, проемов, изменять расположение или прочность основных несущих элементов, добиваясь снижения риска прогрессирующего разрушения всего здания в целом.

Таким образом, предлагаемая расчетная методика позволяет решать существующие на сегодня, в силу отсутствия гармонизации и требуемой взаимозависимости в законодательной и нормативно-технической базе, задачи:

• расчет зданий с учетом аварийной ситуации - взрыва бытового газа внутри помещений, при котором рассмотрению подлежит вся конструктивная система здания в целом с учетом всех возможных влияющих факторов;

• ретроанализ аварий со взрывом бытового газа, позволяющий восстановить картину течения аварии, источник инициации взрыва, выявить расположение наиболее поврежденных конструкций, а также исследовать живучесть оставшейся конструктивной системы.

Литература

1. Федеральная служба государственной статистики [Электронный ресурс]. URL:http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_mai n/rosstat/ru/statistics/population/housing/#

2. Газпром межрегионгаз [Электронный ресурс]/ Газификация регионов России. URL: http ://mrg. gazprom. ru/about/gasification/

3. Федеральный закон от 30.12.2009 N 384-Ф3 "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений"

4. EN 1991-1-7. ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ. Часть 1-7. Общие воздействия. Особые воздействия.

5. Доклад министра строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ на итоговой коллегии Минстроя России за 2015 год (от 29.04.2016 г.).

6. Пепеляев А.А. Моделирование взрыва бытового газа в кирпичном здании. Статья в журнале Известия высших учебных заведений, Северо-Кавказский регион, №1 (159), 2011 г.

7. Пепеляев А.А., Кашеварова Г.Г. Моделирование и ретроспективный анализ взрыва бытового газа в кирпичном здании. Статья в журнале Строительная механика и расчет сооружений, №2 (229), 2010г.

8. Аксенов А.А., Похилко В.И., Тишин А.П. Исследование двухступенчатого сжигания метана в вихревой горелке. Труды 2-ой Российской национальной конференции по теплообмену, Москва, 2630 октября 1998, т.3

9. Лукьянова И.Э., Шмелев В.В. (Уфа, УГНТУ, Москва, ООО «ТЕСИС»). Особенности совместного использования программных продуктов ANSYS и Flow Vision для определения напряженного состояния нефтяных резервуаров.

Пидченко С.С.

Самарский государственный университет путей сообщения, Старший преподаватель кафедры «Электрический транспорт»

МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ЗАТРАТ НА ОДИН ЧАС ПРОСТОЯ ЭЛЕКТРОВОЗА ПО ПРИЧИНЕ ЗАХОДА НА РЕМОНТ В МЕЖРЕМОНТНЫЙ ПРОБЕГ

THE MODEL OF CALCULATION THE COST OF ONE HOUR OF DOWNTIME OF THE LOCOMOTIVE BY REASON OF CALL FOR THE REPAIR TURNAROUND

Pidchenko S., Samara state transport University, Senior lecturer in "Electrical transport"

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены проблемы оценки затрат при простом электровозе по причине захода на неплановый ремонт. Проанализированы разнообразные факторы, влияющие на итоговую величину стоимости одного часа простоя в межремонтный пробег. Выявлена и обоснована необходимость проведения оценки с целью определения наиболее затратных узлов. На основе проведенного исследования автором предлагаются объективные параметры, входящие в математическую модель позволяющие исключить, преднамеренные ошибки, совершенные по вине человеческого фактора, приводящие к искажению информации, при оценке затрат.

ABSTRACT

This article considers the problem of assessing costs in a simple locomotive by reason of call for unscheduled repairs. Analyzed a variety of factors that affect the total value of one hour of downtime in the turnaround. Identified and justified the need for evaluation in order to identify the most expensive nodes. On the basis of the conducted research the author offers objective parameters included in the mathematical model allowing to exclude intentional mistakes committed due to human error, leading to distortion of information when evaluating costs.

Ключевые слова: поезд, груз, дорога, главный ход, электровоз, локомотив.

Keywords: train, freight, way, move, electric locomotive, locomotive.

Первостепенной целью, которую ставят перед тяговым подвижным составом это осуществление перевозочного процесса. Задача заключается не только в транспортировке народных грузов, багажа и грузобагажа, а также пассажиров из пункта отправки в пункт прибытия, но и эффективность организации всего перевозочного процесса. Оперируя парком локомотивов требуется выполнять максимальный объем предоставленной работы, под это формируется график движения поездов, смена локомотивных бригад и самих локомотивов. Неисправность в пути следования становится серьезной проблемой для реализации установленного графика движения, но такие моменты избежать нельзя, можно лишь сократить их число и последствия, возникающие при незапланированных неисправностях. При планировании мероприятий по снижению количества дефектов, возникающих в пути

следования необходимо учитывать финансовые потери от простоя тягового подвижного состава (ТПС) в неэксплуатируемом парке.

На сегодняшний день в холдинге "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД") принята фиксированная величина финансовых потерь от простоя ТПС. При экономической оценки эффективности функционирования организации данная величина отвечает требованиям руководства. Осуществление деятельности локомотивного депо, как структурного подразделения дирекции тяги выполняется на основе производственного финансового плана, который разрабатывается с учетом заданного объема перевозок, а также по установленным нормам и нормативам, но в данный план не включаются планы мероприятий по снижению количества неплановых ремонтов узлов и агрегатов электрического подвижного состава (ЭПС). Хотя такие опе-