CC BY
106
Научно-технические разработки
Федеральный центр науки и высоких технологий «Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций»
УДК 614.8
А.В. Шульгин
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ И ВОЛНЫ СЖАТИЯ ОТ ВЗРЫВА КОНДЕНСИРОВАННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ЭЛЕМЕНТАМИ КОНСТРУКЦИЙ ЗАЩИТНОГО СООРУЖЕНИЯ
Параметры ВУВ и волны сжатия являются основополагающими исходными данными для прогнозирования возможного состояния элементов конструкции зданий и сооружений, попавших в зону воздействия поражающих факторов взрывов. Именно ими определяются величины динамических нагрузок, воздействующих на данные сооружения. Все это в полной мере относится и к определению состояния ЗСГО
А.В. Шульгин
Укрытие населения в защитных сооружения (ЗС) гражданской обороны является одним из наиболее эффективных и действенных способов его защиты в современных условиях. Для принятия мер по защите населения городов и других населенных пунктов с использованием ЗСГО от воздействия обычных средств поражения (ОСП) аналогичных взрывам, взрывов контактных и неконтактных зарядов взрывчатых веществ (ВВ), необходимо определить параметры воздушной ударной волны (ВУВ) и волны сжатия на несущие элементы защитных сооружений.
В настоящее время существует ряд методик позволяющих оценить параметры ВУВ при взрыве зарядов ВВ на открытой местности. Однако, они не учитывают влияние расположения и основные характерные особенности ЗС, расположенных в грунтовом массиве при воздействии ОСП. В связи с этим встала проблема определения параметров ВУВ и волны сжатия при воздействии ОСП как от взрывов зарядов ВВ с учетом их влияния на несущие конструктивные элементы ЗС, находящегося в грунтовом массиве.
Для решения данной задачи был проведен ряд экспериментальных исследований. Испытания проводились в рамках научно-исследовательских работ «Методика» и «Взрыв 2004» в октябре 2004 г. на полигоне в Ленинградской области. Данные, полученные в ходе этих исследований, дают возможность проанализировать структурные изменения прочностных характеристик элементов конструкций ЗС, с учетом влияния динамических нагрузок, а так же могут быть использованы для разработки методики оценки технического состояния данных конструкций после воздействия динамических нагрузок. Полученные результаты испытаний приведены в настоящей статье.
Испытаниям подверглись железобетонные элементы конструкций фрагмента защитного сооружения. Фрагмент ЗС был рассчитан на динамическую нагрузку, равную 2 кгс/см2. Он выполнен из унифицированных сборно-монолитных конструкций серии У-01-01/80, возведенный в августе 1986 года и прошедший динамические прочностные испытания в сентябре-октябре 1986 года.
План и разрез фрагмента сооружения представлены на рис. 1. Размеры фрагмента сооружения в плане (в осях) 12x12 м, высота 3 м, сетка колонн 6x6 м. Стеновые панели и ригели фрагмента — сборные железобетонные изделия заводского изготовления. Колонны, фундаменты и тамбуры — монолитные. Перекрытие (покрытие) выполнено сборно-монолитной конструкцией. Элементы конструкций фрагмента сооружения изготовлены из бетона М-300, фундамента — М-200. Арматура рабочая класса А-Ш. Прочностные характеристики бетона и арматурной стали приведены в табл. 1.
Основные характеристики ребристых и плоских плит, используемых в испытаниях для создания защитной конструкции (тюфяка) на обсыпке ЗС, приведены в табл. 2.
Целью испытаний явилось определение основных параметров ВУВ на перекрытии ЗС и волны сжатия в грунте при взрывах зарядов ВВ.
Задачами испытаний являлось: определение величин давлений (Д Рф , ош, кгс/см2) и времени действия (Т , м с) динамической нагрузки при взрывах зарядов ВВ на покрытии, расчетных расстояниях
Рис. 1. План и разрез фрагмента ЗС
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
Таблица 1
Прочностные характеристики бетона и арматурной стали элементов конструкций фрагмента ЗС
Бетон Количество образцов (15x15 см) Возраст бетонных образцов в момент определения прочности бетона, сут. Прочность при сжатии, кгс/см2 Средняя плотность бетона, кг/м3 Марка бетона по прочности Марка бетона по морозостойкости 10 28 351 2450 М 300 75
Арматура
Количество образцов 12
Класс арматуры А - III
Марка стали 35 ГС
ав , кгс/мм2 70
ат , кгс/мм2 49
Примечание: прочностные характеристики бетона и арматуры определены в лабораторных условиях в июле 1984 г. на Пикалевском заводе ЖБИ.
Таблица 2
Основные характеристики железобетонных плоских и ребристых плит
Характеристики Железобетонные плоские плиты Железобетонные ребристые плиты
Размеры (Ь, И, 1), см 50x10x50 103х34*х200
Марка бетона М 200 М 200
Средняя плотность бетона кг/м3 2450 2450
Вес, т 0,061 0,740
Объем железобетона, м3 0,025 0,302
Примечание: *высота ребра, Ир= 34 см; толщина плиты, Ип= 10 см
от стен и определение характера изменения прочностных характеристик железобетонных конструкций при взрывах данных зарядов ВВ.
Испытания проводились в осенний период. Температура воздуха составляла 5—10 °С. Влажность 90 %. Для проведения испытаний была выбрана площадка с однородным составом супесчаного грунта и благоприятными гидрогеологическими условиями.
Подготовка к испытаниям включала следующие основные работы: оборудование площадки для испытаний; подготовка элементов конструкций ЗС к испытаниям; монтаж измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Испытания проводились методом приложения кратковременной динамической нагрузки от взрыва одиночных зарядов ВВ (тротил) электровзрывным способом в три этапа. Поочередно было проведено три опыта (взрыва). Взрывы зарядов ВВ проводились на обсыпке фрагмента ЗС, защитной конструкции (тюфяке) из железобетонных плит и на расчетных расстояниях от стен ЗС. Общая масса ВВ составила 34,5 кг (тротил). Схемы расположения зарядов и датчиков давления при испытании ЗС приведены на рис. 2 и 3.
В ходе первого опыта был произведен одновременный подрыв зарядов ВВ на расчетных рассто-
яниях от стен ЗС и на перекрытии (обсыпке) ЗС, защитной конструкции (тюфяке) из железобетонных плит, в целях имитации прохождения фронта ВУВ, и определения влияния ее параметров на изменение прочностных характеристик несущих конструкций в целом всего ЗС.
В ходе второго и третьего опыта подрывы зарядов ВВ производились только на перекрытии (обсыпке) ЗС, защитной конструкции (тюфяке) из железобетонных плит.
Опыты производились в целях определения параметров ВУВ на покрытие ЗС и волны сжатия на стены ЗС, а так же определения изменений (степени снижения) прочностных характеристик наиболее уязвимого элемента ЗС — перекрытия после повторного воздействия на него, как ВУВ ядерного взрыва, так и обычных средств поражения (без непосредственного разрушения перекрытия).
Для регистрации во времени необходимых параметров применялся электрический метод измерения. Для определения прочностных характеристик несущих конструкций ЗС — метод неразрушающего контроля. В ходе проведения испытаний использовалась следующая аппаратура и приборы: усилительная тен-зостанция типа УТС 1-12/35; светолучевой осциллог-
Рис. 2. Схема расположения зарядов ВВ и датчиков давления при испытании ЗС путем подрыва зарядов на покрытии
и на расчетных расстояниях от стен (опыт №1)
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
Разрез П-П
Рис. 3. Схема расположения зарядов ВВ и датчиков давления при подрыве зарядов на перекрытии фрагмента
защитного сооружения (опыты № 2 и 3)
раф типа Н-115; мембранные тензодатчики давления типа ТМД-60; датчики ускорения ДУ-5; ультразвуковой тестер УК-1401; электронный склерометр ИПС-МГ4; измеритель защитного слоя бетона «Поиск 2.3»; комплекс для динамического тестирования зданий и сооружений «Struna-3M».
После каждого опыта выполнялись следующие мероприятия: обрабатывались результаты измерений, оценивались параметры ВУВ и волны сжатия при взрыве зарядов ВВ; проводилась оценка величин нагрузок на элементы конструкций фрагмента ЗС, а также характера изменения прочностных характеристик железобетонных конструкций и общий характер разрушения при действии кратковременной динамической нагрузки при неконтактных и контактных взрывах зарядов ВВ; в результате визуального осмотра
после каждого опыта выявлялся характер разрушения элементов конструкций (трещины, скол бетона и т.д.), производилось фотографирование видимых изменений в конструкциях после взрывов; делались частные и общие выводы по результатам испытаний и опыты продолжались согласно программе испытаний.
Параметры ВУВ на перекрытие фрагмента ЗС (А Рф , кгс/см2 и т , м с) определены при взрыве заряда ВВ на уложенных поверх обсыпки железобетонных плитах, служащих моделью защитной конструкции (тюфяка) перекрытия ЗС.
Параметры волны сжатия в грунте на стены фрагмента ЗС определены при взрыве заряда ВВ на расчетном расстоянии от стен фрагмента сооружения. Величина максимального напряжения в грунте (стш, кгс/см2) и время нарастания нагрузки (^ , м с), время
действия нагрузки (т , м с) определены в соответствии с треугольным законом изменения динамической нагрузки в грунте.
Величины параметров воздушной ударной волны и волны сжатия приведены в табл. 3.
Результаты прочностных характеристик элементов конструкций ЗС определялись с помощью комплекта <^гипа 3М» до и после взрывов зарядов ВВ. Схема расположения датчиков для регистрации сейсмического воздействия приведена на рис. 4.
Таким образом, при испытании фрагмента ЗС были получены параметры БУВ (Д Рф , кгс/см2 и Т , м с) на перекрытии сооружения в зависимости от
типа обсыпки и величины защитной толщи тюфяка, а также величины максимальной динамической нагрузки на стены ЗС (стш , кгс/см2), время действия нагрузки (м с) и ускорения (а, м/с2) при взрыве зарядов ВВ в грунте, прочностные характеристики элементов конструкций ЗС до и после взрывов. Данные результаты необходимы для анализа структурных изменений прочности элементов конструкций ЗС с учетом влияния динамических нагрузок и длительного физического износа конструкций данного сооружения в процессе его эксплуатации, а также для разработки методики оценки технического состояния конструкций защитных сооружений.
Таблица 3
Параметры ВУВ и волны сжатия при взрыве зарядов ВВ снаружи ЗС
Номер датчика '''■ (аш), кгс/см2 1 , м с н 7 т , м с
Опыт № 1
ДД 8 15 7 18
ДД 9 16 6 24
ДД 1 - - -
ДД 2 2,4 - -
ДД 3 - - -
ДД 4 4,5 - -
ДД 5 7,2 - -
ДД 6 - - -
ДД 1/1 1,2 18 42
ДД 2/2 3,3 20 72
ДД 3/3 1,8 10 48
ДД 4/4 3,2 20 52
ДД 5/5 5,7 24 54
ДД 6/6 3,0 20 40
Опыт № 2
ДД 10 8,5 5 15
ДД 9 23 3 12
ДД 11 14 4 22
ДД 7 36 6 14
ДД 8 14,5 3 14
Опыт № 3
ДД 11 20,5 3 10
ДД 7 70 2 6
ДД 10 18 4 18
ДД 9 66 2 7
ДД 8 35 2 20
Примечание: датчик ускорения (ДУ) в третьем опыте при взрыве заряда ВВ общей массой 6,5 кг показал ускорение а = 2,4 g.
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
Рис. 4. Схема расстановки датчиков для регистрации сейсмического воздействия
Литература
1. Требования к защитным сооружениям гражданской обороны. Учебное пособие. — Новогорск, 2000.
2. Особенности расчета защитных сооружений гражданской обороны при воздействии обычных средств поражения в особых условиях. Учебное пособие. — Новогорск, 2000.
3. Отчет по проведению испытаний по научно-исследовательской работе «Взрыв 2004». — Ленинградская область-2004.
