CC BY
17
УДК 624.1
ПУТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УСИЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.А. Репринцев
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры (инженерной защиты населения и территорий) факультета (руководящего состава) Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: v.reprintsevQamchs.ru
A.JI. Литвин
доцент кафедры (инженерной защиты населения и территорий) факультета (руководящего состава) Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: al.litvinQamchs.ru
И.В. Треушков
начальник кафедры (инженерной
защиты населения и территорий)
факультета (руководящего состава)
Академия гражданской защиты МЧС России
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки,
мкр. Новогорск
E-mail: i.treushkovQamchs.ru
Аннотация. Приведены результаты исследования по восстановлению и усилению защитных свойств защитных сооружений гражданской обороны на основе применения новых конструкционных материалов. В этих условиях обоснована целесообразность применения модификаторов свойств грунтов. Их применение обусловлено возможностью направленного изменения свойств местных грунтов на основе модифицирования их поверхностно-активными веществами специального действия различными стабилизаторами и добавками. Разработаны новые способы усиления и восстановления конструкций ЗС ГО за счет тиксотропных и литьевых смесей активных веществ, которые могут быть внедрены в практику технологий, обеспечивающих герметичность, гидроизоляцию. Проведенный анализ материалов разных производителей, сравнение их характеристик, технологий их применения, моделирование нагрузок на конструктив защитных сооружений послужили основанием для разработки рекомендаций для руководителей, эксплуатирующих ЗС ГО.
Ключевые слова: восстановление защитных свойств, защитные свойства, защитные сооружения гражданской обороны, конструкционные материалы, модификаторы свойств грунтов, научно-исследовательская работа.
Цитирование: Репринцев В.А., Треушков И.В., Литвин А.Л. Пути восстановления и усиления защитных свойств защитных сооружений гражданской обороны на основе применения новых конструкционных материалов // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2021. № 1 (48). С. - .
В последнее время вырос интерес к вопросам оценки возможностей восстановления фонда защитных сооружений гражданской обороны (далее — ЗС ГО) с целью принятия обоснованных решений со стороны ученых и руководителей-практиков, что объясняется стремлением повысить эффективность использования материальных и людских ресурсов в условиях ограничений на выделяемые силы и средства.
В данной статье приводятся результаты исследования по обоснованию применения новых конструкционных материалов для вос-
становления и усиления защитных свойств ЗС ГО, внедрения их в практику, в соответствии с задачей, сформулированной в техническом задании на основе [1, 2].
Анализ результатов проведенной инвентаризации в разные годы показал, что среди защитных свойств ЗС ГО наиболее подвержены изменениями являются: герметичность, гидроизоляция, состояние несущих конструкций. По материалам обследования состояния ЗС ГО приведены фрагменты снимков с дефектами конструкций (рисунок 1).
Рисунок 1 Виды повреждений конструктивных элементов ЗС ГО: а коррозия бетона колонны; б коррозия бетона стен; в просадка плиты фундамента.
Состояние фонда ЗС ГО показывает, что большая из них была построена во второй половине XX века и со временем произошли такие изменения защитных свойств, которые не позволяют обеспечить защиту населения в полной мере. Существующие меры но восстановлению требуют значительных финансовых средств. По оценке, приведенной в статье [4|, на проведение капитальншх) и текущих) ремонта убежищ и противорадиоционных укрытий (далее ПРУ) с целью восстановления их защитных свойств и обеспечения требуемых значений потребуются финансовые вложения, превышающие 140 млрд. руб. Выделение на эти цели такшх) объема финансовых ресурсов в нынешних условиях социально-экономическшч) развития страны весьма проблематично.
Одним из путей решения задачи но вос-
становлению (усилению) покрытия обваловки отдельно-стоящих ЗС ГО (в том числе быст-ровозводимых) рассмотрено применение модификаторов свойств грунтов. С этой целью проведен сравнительный анализ модификаторов свойств 1'рунтов но критериям: область применения, заявленные прочностные характеристики, заявленный расход. По показателям, заявленными зарубежными и отечественными производителями в виде стандартов организаций и технических условий, наиболее высокими обладают такие марки как АКРО-ПОЛ (НПО «Стрим»), ДорЦем ДС-1 («НПО МГТ»), Дорзин (ЫоасЬуте).
Про чноетные свойства модификаторов свойств грунтов исследовались на примере моделирования нахрузок на покрытие обваловки.
Для комньютерншх) моделирования нагру-
зок был выбран типовой проект отдельно стоящих) заглубленншх) сооружения на 200 мест, предназначенншх) для укрытия нетранспортабельных больных общееоматичеекшх) профиля и обслуживающих) персонала в военное время.
Выбор такшх) проекта был обусловлен большим количеством построенных в 80-х и 90-х 1'одах прошлшх) века но такому проекту
зс го.
Типовой проект А-Ш-200-307.86 включает конструктивное решение, представляющее подземное одноэтажное сооружение прямо-
угольной формы, внутренними размерами 24 метра на 30 метров.
На платформе SolidWorksv.2016 Standard с модулем технологии моделирования создана 3D модель ЗС ГО, созданншх) но проекту A-III-200-307.86. В модели использованы параметры конструкции сооружения, состоящей из сборных несущих продольных стен, внутренних монолитных колонн, неразрезных продольных балок, укладываемых вдоль помещений и неразрезной сборно-монолитной плиты покрытия (тюфяка), рисунок 2:
Рисунок 2 Скриншот 3D модели ЗС ГО проекта A-III-200-307.86
При формировании модели были приняты следующие ограничения и допущения:
нагрузка на ЗС ГО распределена равномерно по площади и приложена перпендикулярно к поверхности;
влияние зданий прикрытия, входов и выходов, ох'оловка на распределение нагрузки не учитывается;
параметры механических свойств обвалов-ки но всему ее объему одинаковы;
в сочетание нагрузок включены собственный вес конструкций, вес грунтовой обваловки общей толщиной 1200 мм;
не включено в сочетание нагрузок боковое давление грунта на стены;
принят вариант сухих грунтов.
Усилия в элементах конструкций получены из статического расчета двух условных взаимо-перпендикулярных плоских рам, имеющих участки бесконечной жесткости в узлах и участках повышенной жесткости в местах утолщения стеновых панелей.
Моделирование проводилось с целью определения максимальной нагрузки на конструкцию ЗС ГО. Для этшх) в программе SolidWorksv.2016 проводилось изменение распределенной нагрузки (100 кПа, 150 кПа, 200 кПа и далее с шаххш 50 кПа) до момента наступления критических усилий в узлах, приводящих к разрушению конструкции.
Скриншот промежуточной модели при равномерной распределенной нагрузке 300 кПа
представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 Скриншот 3D модели ЗС ГО при равномерной распределенной нагрузке 300 кПа
На основе результатов моделирования нагрузок получены следующие результаты:
увеличение распределенной нагрузки приводит к появлению усилий в местах стыков несущих стен и колонн, пластической деформации неразрезной сборно-монолитной плиты покрытия (тюфяка);
разрушение конструкции ЗС ГО при моделировании наступает при 300-320 кПа, что соответствует заложенному проектным решением (300 кПа).
Для оценки модификаторов свойств грунтов применяемых для усиления (восстановления) покрытия обваловки проведено моделирование воздействия распределенной нагруз-
ки на сооружения проекта A-III-200-307.86 с усиленным модификатором и вяжущим (цементом) покрытием толщиной 30 см. Такая толщина задана техническими условиями при строительстве дорожных и аэродромных покрытий. При этом параметры механических свойств грунта, укрепленного модификатором и вяжущим, были внесены в исходные данные для статического расчета на платформе SolidWorksv.2016 Standard.
Проводилось изменение распределенной нагрузки (100 кПа, 150 кПа, 200 кПа и далее с шагом 50 кПа). Промежуточный скриншот 3D модели ЗС ГО при равномерной распределенной нагрузке (350 кПа) приведен на рисунке 4.
Рисунок 4 Скриншот ЗО модели ЗС ГО, усиленной покрытием обваловки с применением модификатора и вяжущего толщиной 30 см при равномерной распределенной нагрузке 350 кПа
При моделировании учитывалось изменение веса покрытия обваловки с применением модификатора и вяжущего толщиной 30 см на 12 %, обусловленной добавками в местный грунт обваловки цемента (10 %) и модификатора (2 %).
Результаты моделирования показывают, что при применении модификаторов и вяжущего усилий, приводящих к разрушению даже при распределенной нагрузке в 350 кПа, не возникает, происходит распределение нагрузки на сжатие колонн и несущих стен, отсутствует пластическая деформация тюфяка.
Таким образом, сравнение результатов моделирования нагрузок показывает, что применение модификаторов свойств грунтов и вяжущего приводит к усилению защитных свойств ЗС ГО, в частности, устойчивости к распределенной нагрузке при воздействии воздушной ударной волны. Такое свойство покрытия обваловки может быть использовано не только в целях восстановления защитных свойств, но и их усиления в случае изменения расчетных боевых свойств средств поражения без реконструкции самого сооружения.
Учитывая свойства модификаторов, покрытие, созданное таким образом, устойчиво к воздействию атмосферных осадков и обеспечивает гидроизоляцию обваловки.
В качестве ремонтных составов для ремонта бетонных конструкций (балок, ферм, плит перекрытий и др.) с целью восстановления или усиления рассмотрены различные типы литьевых и тиксотропных смесей. В результате анализа характеристик материалов, представленных производителями, выявлено, что наиболее всего подходят такие марки как Етасо, Маре1, ('ТРИМ и некоторые др. Среди методов применения рассматриваемых материалов исследованы следующие: иньектирование (нагнетание в трещины и другие дефектные места тампонажной смеси), нанесение ремонтной (растворной) смеси вручную, повторная укладка ремонтной (бетонной) смеси, нанесение ремонтной (растворной/бетонной) смеси методом набрызга, увеличение толщины защитного слоя, замена дефектного бетона и др.
Проведение оценки эффективности предлагаемых технических решений на основе исследуемых материалов по сравнению с су-
ществующими способами усиления строительных конструкций ЗС ГО проводилось методом анализа иерархий.
Выбор метода обусловлен тем, что решаемая проблема (восстановление (усиление) защитных свойств ЗС ГО) является слабо структурированной (П^гийигеё), в ней содержатся как качественные элементы, так и малоизвестные, неопределенные стороны, которые имеют тенденцию доминировать.
Результатом системного анализа, проведенного с помощью этого метода, является выбор вполне определенной альтернативы, а количественные критерии эффективности позволяют провести сравнение существующих способов с использованием вариантов сценариев на основе группы факторов.
В методе анализа иерархии под понятием «критерии» понимаются правила, которые позволяют определить степень достижения цели.
Целью является повышение уровня защиты населения в условиях современных конфликтов путем укрытия в ЗС ГО, которые подлежат ремонту (реконструкции) для усиления (восстановления) защитных свойств сооружений.
В рассматриваемом случае критерии имеют количественный характер.
К таким критериям относятся:
К1 - стоимость ремонта (реконструкции) ЗС ГО для восстановления (усиления) его защитных свойств;
К2 - время, необходимое для производства ремонта (реконструкции) ЗС ГО и восстановления (усиления) его защитных свойств;
К3 - степень достижения уровня защитных свойств, необходимых для их усиления (восстановления) в соответствии с заданными параметрами проекта ЗС ГО (необходимостью усиления его защитных свойств).
Уровень альтернатив представлен следующим образом:
1
на ремонт (реконструкцию) ЗС ГО с помощью
новых технологий и материалов;
2
на ремонт (реконструкцию) ЗС ГО с помощью существующих технологий и материалов;
3
на ремонт (реконструкцию) ЗС ГО с помощью новых технологий и материалов с частичным применением существующих технологий и материалов.
Для проведения процедуры экспертного оценивания использовались данные, представленные в Приложениях Д, Е [3].
Для формирования представлений о критериях и альтернативах, использующихся в процедуре, эксперты были ознакомлены с материалами разделов 1, 2 [3].
По результатам проведенного опроса группы экспертов получены следующие результа-
ты сравнения альтернатив (рисунок 10):
А1 - технические решения, направленные на ремонт (реконструкцию) ЗС ГО с помощью новых технологий и материалов 0,66;
А2 - технические решения, направленные на ремонт (реконструкцию) ЗС ГО с помощью существующих технологий и материалов 0,20;
Аз - технические решения, направленные на ремонт (реконструкцию) ЗС ГО с помощью новых технологий и материалов с частичным применением существующих технологий и материалов 0,14.
Рисунок 5 Итоговый результат сравнения альтернатив, полученный с помощью компьютерной
программы «MPriorityInstaller.exe»
Таким образом, с помощью метода анализа иерархий проведена оценка эффективности предлагаемых технических решений по сравнению с существующими способами усиления строительных конструкций ЗС ГО. Сравнение альтернатив показывает, что технические решения с применением новых конструкционных материалов для восстановления (усиления) защитных свойств ЗС ГО имеет почти двукратное преимущество перед остальными способами (включая существующие).
Результаты исследования материалов разных производителей, сравнение их характеристик, технологий их применения материалов, моделирование нагрузок на конструктив защитных сооружений послужили основанием
для разработки рекомендаций для руководителей организаций, эксплуатирующих ЗС ГО.
Выводы
В исследовании получены следующие результаты:
обоснована целесообразность применения модификаторов свойств грунтов. Их применение обусловлено возможностью направленного изменения свойств местных грунтов;
разработаны новые способы усиления и восстановления конструкций ЗС ГО за счет тиксотропных и литьевых смесей активных веществ, которые могут быть внедрены в практику технологий, обеспечивающих герметичность, гидроизоляцию;
проведенный анализ материалов разных
производителей, сравнение их характеристик, послужили основанием для разработки реко-технологий их применения, моделирование на- мендаций для руководителей, эксплуатирую-грузок на конструктив защитных сооружений щих ЗС ГО.
Литература
1. План научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ МЧС России на 2020 год и плановый период 2021 и 2022 годов, утверждённый приказом МЧС России от 29.04.2020 г. №274.
2. План научной работы Академии гражданской защиты МЧС России на 2020 год, утверждённый приказом Академии от 21.05.2020 г. № 476.
3. Разработка предложений по восстановлению и усилению свойств защитных сооружений гражданской обороны с помощью новых материалов для обеспечения решения задач укрытия населения в условиях современных конфликтов // Репринцев В. А., Литвин А.Л., Треушков И.В., - Под руководством Треушкова В.А. // Отчёт о научно-исследовательской работе. Химки: Академия гражданской защиты МЧС России. 2020. 291 с.
4. Попов С.Е. Этап углубленного анализа. // Гражданская защита. 2019. №2 (522). С. 10-11.
WAYS OF RESTORING AND ENHANCING THE PROTECTIVE PROPERTIES OF CIVIL DEFENSE FACILITIES BASED ON THE APPLICATION OF NEW
CONSTRUCTION MATERIALS
Igor TREUSHKOV
head of the department (engineering
protection of the population
and territories) faculty (management team)
Civil Defence Academy E MERC O M of Russia
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: i.treushkovQamchs.ru
Abstract. The results of a study on the restoration and strengthening of the protective properties of civil defense protective structures based on the use of new structural materials are presented. Under these conditions, the expediency of using modifiers of soil properties is justified. Their use is due to the possibility of directional changes in the properties of local soils on the basis of modifying them with surfactants of special action with various stabilizers and additives. New methods of strengthening and restoring the structures of the ZS GO have been developed due to thixotropic and injection-molded mixtures of active substances, which can be implemented in the practice of technologies that ensure tightness and waterproofing. The analysis of materials from different manufacturers, comparison of their characteristics, technologies of their application, modeling of loads on the structure of protective structures served as the basis for the development of recommendations for managers operating the ZS GO.
Keywords: restoration of protective properties, protective properties, civil defense structures, construction materials, soil properties modifiers, research work.
Citation: Reprintsev V.A., Treushkov I.V., Litvin A.L. Ways of restoring and enhancing the protective properties of civil defense facilities based on the application of new construction materials // Scientific and educational problems of civil protection. 2021. No. 1 (48). p. - .
Vladimir REPRINTSEV
candidate of technical sciences, assistant
professor, assistant professor of the department
(engineering protection of the population and territories)
faculty (management team)
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: v.reprintsev®amchs.ru
assistant professor of the department
(engineering protection
of the population and territories)
faculty (management team)
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: al.litvinQamchs.ru
Alexander LITVIN
References
1. Plan of scientific-research and experimental-design works of EMERCOM of Russia in 2020 and the planning period of 2021 and 2022, approved by the order EMERCOM of Russia from 29.04.2020, No. 274.
2. Research plan of the Academy of civil defence EMERCOM of Russia for 2020, approved by order of the Academy from 21.05.2020, No. 476.
3. Development of proposals for the restoration and strengthening of the properties of civil defense protective structures with the help of new materials to ensure the solution of the tasks of sheltering the population in the conditions of modern conflicts // The Reprintsev V.A., Litvin A.L., Trushkov I.V. - Under the leadership Trushkova V.A. // Report on the research work. Khimki: Academy of Civil Protection of the Ministry of Emergency Situations of Russia. 2020. 291 s.
4. Popov S.E. Stage of in-depth analysis. // Civil protection. 2019. №.2 (522). S. 10-11.
