Действия взрыва на здания, сооружения и оборудование

При взрыве действует весьма мощная, кратковременная и переменная по величине нагрузка (см. рис. 17.2). Эта нагрузка возникает в результате действия газообразных продуктов взрыва и ударной волны.

Наиболее разрушительными продуктами взрыва и ударной волны подвергаются здания и сооружения больших размеров с легкими несущими конструкциями, значительно возвышающимися над поверхностью земли, а также немассивные бескаркасные сооружения с несущими стенами из кирпича и бетона. Подземные же и заглубленные в грунт сооружения с жесткими несущими конструкциями обладают значительной сопротивляемостью разрушению. Из вышеперечисленных параметров ударной волны решающим (характеризующим разрушение) является избыточное давление >Р₁. При разрушении высокого оборудования с малой площадью (мачты, трубы, шкафы с аппаратурой управления) определяющим является скоростной напор Р_ск.

 

Разрушения подразделяются на полные, сильные, средние и слабые

 

Полные разрушения. В зданиях и сооружениях обрушены перекрытия и разрушены все основные несущие конструкции. Восстановление невозможно. Оборудование, средства механизации и другая техника восстановлению не подлежат. В коммуникационно-энергетических сетях (КЭС) имеются разрывы кабелей, разрушения участков трубопроводов, опор воздушных линий электропередач и т. п.

Сильные разрушения. В зданиях и сооружениях значительные деформации несущих конструкций, разрушена большая часть перекрытий и стен. Восстановление возможно, но нецелесообразно, так как практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся конструкций. Оборудование и механизмы большей частью разрушены и значительно деформированы. Отдельные детали и узлы оборудования могут быть использованы как запасные части. В КЭС разрывы и деформации на отдельных участках подземных сетей, деформации воздушных линий электропередач и связи, разрывы технологических трубопроводов.

Средние разрушения. В зданиях и сооружениях разрушены главным образом не несущие, а второстепенные конструкции (легкие стены перегородки, крыши, окна, двери). Возможны трещины в наружных стенах и вывалы в отдельных местах. Перекрытия и подвалы не разрушены, часть помещений пригодна к эксплуатации. Для восстановления требуется капитальный ремонт, выполнение которого возможно собственными силами. Оборудование требует капитального ремонта. В КЭС значительные разрушения и деформации элементов, которые можно устранить капитальным ремонтом.

Слабые разрушения. В зданиях и сооружениях разрушена часть внутренних перегородок, заполнения дверных и оконных проемов. Оборудование имеет незначительные деформации. В КЭС имеются незначительные разрушения и поломки конструктивных элементов зданий, сооружений, оборудования, получивших слабые разрушения, как правило, требуется текущий ремонт.

 

Контрольные вопросы

1. Что называется ударной волной?
2. Объясните механизм образования воздушной ударной волны.
3. Назовите основные параметры ударной волны.
4. От каких параметров зависит время действия ударной волны?
5. Какие разрушения на здания и сооружения оказывает воздушная ударная волна?

Лекция N 18

Зоны действия взрыва

Различают следующие зоны действия взрыва (см. рис. 18.1).

Избыточное давление, кПа (кгс/см²).

Рис. 18.1. Зоны действия взрыва:

I- детонационной волны; II-продуктов взрыва; III-воздушной ударной волны

 

Зона I с радиусом r₁ - зона действия детонационной волны в пределах облака газовоздушной смеси. Характеризуется интенсивным дробящим действием, в результате которого конструкции разрушаются на отдельные фрагменты, разлетающиеся с большими скоростями от центра взрыва. Радиус этой зоны может быть приближенно определен по формуле

, м

(18.1)

где m - масса взрывоопасного вещества, образовавшего газо-воздушную смесь, т.

Избыточное давление, создаваемое продуктами взрыва на внешней границе зоны Р₁=1500 - 1700 кПа (15...17 кгс/см²).

Зона II (r₁-r₂) - зона действия продуктов взрыва, охватывающая всю площадь разлета продуктов газо-воздушной смеси в результате ее взрыва. Радиус этой зоны определяется по формуле

.

(18.2)

Внешняя граница рассматриваемой зоны характеризуется избыточным давлением Р₁^II = 300 кПа (3 кгс/см²). В этой зоне происходит полное разрушение зданий и сооружений под действием расширяющихся продуктов взрыва. На внешней стороне границы этой зоны образующаяся воздушная волна отрывается от продуктов взрыва и движется самостоятельно от центра взрыва. Продукты взрыва, исчерпав всю свою энергию, расширившись до плотности, соответствующей атмосферному давлению, больше не производят разрушительного действия.

Избыточное давление в любой точке зоны II может быть определено по формуле

, кПа

(18.3)

где r - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

Зона III (r₃-r₂) - зона действия воздушной ударной волны включает три подзоны: IIIа - подзона сильных, IIIб - подзона средних и IIIв - подзона слабых разрушений, каждая из которых характеризуется избыточным давлением во фронте ударной волны на их внешних границах Р₁^II = 50 (0.5); 30 (0.3) и 10 (0.1) кПа (кгс/см²) соответственно. На внешней границе зоны III ударная волна вырождается в звуковую, слышимую еще на значительных расстояниях.

Избыточное давление в зоне III в зависимости от расстояния до центра взрыва может быть рассчитано по формулам.

Для этого предварительно определяется относительная величина

,

(18.4)

где r₁ - радиус зоны I;

r₃ - радиус зоны III или расстояние от центра взрыва до точки в этой зоне, в которой требуется определить избыточное давление воздушной ударной волны:

при

, кПа;

(18.5)

 

при

, кПа.

(18.6)

Пример. Требуется определить избыточное давление, ожидаемое в районе механического цеха при взрыве емкости, в которой находится 100 т сжиженного пропана.

Исходные данные: расстояние от емкости до цеха 300 м.

Решение. 1. Определяем радиус зоны детонационной волны (зона I):

.

2. Вычисляем радиус зоны действия продуктов взрыва (зоны II):

.

3. Сравнивая расстояние от центра взрыва до цеха (300 м) с найденными радиусами зон, делаем вывод, что цех находится за пределами этих зон, и, следовательно, может оказаться в зоне действия воздушной ударной волны (зона III). Далее находим избыточное давление на расстоянии 300 м, используя расчетные формулы для зоны III и принимая r₃=300 м.

Для этого определяем относительную величину к:

;

Так как к<2, то используем формулу (18.5):

кПа.

Вывод. При взрыве 100 т сжиженного пропана цех окажется под воздействием воздушной ударной волны с избыточным давлением около 60 кПа, что соответствует зоне сильных разрушений.

Действия взрыва на человека

Продукты взрыва и образовавшаяся в результате их действия воздушная ударная волна способны нанести человеку различные травмы, в том числе смертельные.

В указанных выше зонах I и II наблюдается полное поражение людей, связанное с разрывов тела на части, обугливанием под действием расширяющихся продуктов взрыва, имеющих весьма высокую температуру.

В зоне III поражение людей вызывается как непосредственным, так и косвенным воздействием ударной волны.

При непосредственном воздействии ударной волны основной причиной появления травм у людей является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается человеком как резкий удар. При этом возможны повреждения внутренних органов, разрыв кровеносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, различные переломы и т. п. Кроме того, скоростной напор воздуха, обуславливающий метательное действие ударной волны, может отбросить человека на значительное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствие) различные повреждения.

Метательное действие скоростного напора воздуха заметно сказывается в зоне с избыточным давлением более 50 кПа (0.5 кгс/см²), где скорость перемещения воздуха более 100 м/с, что значительно превышает скорость ураганного ветра.

Характер и тяжесть поражения людей зависят от величины параметров ударной волны, положения человека в момент взрыва и степени его защищенности. При прочих равных условиях наиболее тяжелые поражения получат люди, находящиеся в момент прихода ударной волны вне укрытий в положении стоя. В этом случае площадь воздействия скоростного напора воздуха будет примерно в 6 раз больше, чем в положении человека лежа.

Поражения, возникающие под действием ударной волны подразделяются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые (смертельные). Характеристики поражений приведены в табл. 18.1.

Таблица 18.1.

Характеристики поражений человека действием воздушной ударной волны

Вид поражений	Характеристики поражения	Величина избыточного давления Р1, кПа (кгс/см^2)
Легкие	Легкая контузия, временная потеря слуха, ушибы и вывихи конечностей	20...40 (0.2... 0.4)
Средние	Травмы мозга с потерей сознания, повреждения органов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные переломы и вывихи конечностей	40...60 (0.4... 0.6)
Тяжелые	Сильная контузия всего организма, повреждения внутренних органов и мозга, тяжелые переломы конечностей. Возможны смертельные исходы	60...100 (0.6... 1.0)
Крайне тяжелые	Получаемые травмы очень часто приводят к смертельному исходу	>100 (1.0)

Поражения людей, находящихся в момент взрыва в зданиях и сооружениях, зависит от степени их разрушения. Так, например, при полных разрушениях зданий следует ожидать полной гибели находящихся в них людей. При сильных и средних разрушениях может выжить примерно половина людей, а остальные получат травмы различной тяжести. Многие могут оказаться под обломками конструкций, а также в помещениях с заваленными или разрушенными путями эвакуации.

Косвенное воздействие ударной волны заключается в поражении людей летящими обломками зданий и сооружений, камнями, битым стеклом и другими предметами, увлекаемыми ею.

При слабом разрушении зданий гибель людей маловероятна. Однако часть из них может получить различные травмы.