3.6. Поражающее действие взрыва

Действие воздушной ударной волны. Действие ударной волны является динамической нагрузкой, которая определяется как параметрами волны, так и размерами, формой и прочностью сооружения.

В момент соударения ударной волны с лобовой поверхностью сооружения на ней возникает давление отражения, определяемое по формуле (3.18). По мере прохождения ударной волной расстояния, превышающего 2  4 длины сооружения (по ходу волны), давление на лобовой поверхности уменьшается до величины, равной сумме давлений в проходящей волне и скоростного напора. Оно называется давлением обтекания. При этом на боковые и верхнюю поверхности сооружения действует давление несколько большее, на тыльную - несколько меньшее, чем в проходящей волне.

Рис. 3.9. Схематизация здания

В приближенных расчетах изменение давления в фазе сжатия ударной волны обычно принимают в виде (3.14).

Применительно к промышленным и жилым зданиям традиционной формы в виде прямоугольного параллелепипеда, рис.3.9, изменение давления во времени в точках на лобовой, боковой (верховой) и тыльной гранях при воздействии волны показаны на рис.3.10, возникающие при этом нагрузки - на рис.3.11. Здесь обозначено:

Р_отр = 2Р_ф + - давление отражения на лобовой грани;

Р_обт  0,5Р_отр - давление обтекания (максимальное значение);

Р_б, Р_т - максимальное давление на боковой (верховой) и тыльной гранях соответственно; при величине давления Р_ф  100 кПа значения Р_ф  Р_б  Р_ф, Р_т  (0,6  0,9) Р_ф.

- время установления давления обтекания

- время нарастания давления затекания (и

нагрузки) на тыльной грани до

максимального значения

\s\up30(tобт = \x\le ( \o(\s\up10(2h/Cотр при 2h ( b

t_н.б = а/N_ф - время нарастания нагрузки на боковой (верховой) грани до максимального значения;

F₁, F₂, F₃ - нагрузки на лобовую, боковую (верховую), тыльную грани соответственно;

S₁ = bh, S₂ = ah (или ab), S₃ = bh - площади лобовой, боковой (верховой), тыльной грани соответственно;

Р₁ = Р_отр, Р₂ = Р_б , Р₃ = Р_т ;

C_отр - скорость звука за фронтом отраженной волны; N_ф = C₀ - скорость распространения фронта ударной волны; C₀ - скорость звука в воздухе.

Рис. 3.10. Изменение давления во времени в точках на лобовой (а), боковой (б), тыльной (в) гранях

Рис. 3.11. Удельные нагрузки на лобовую (а), боковую (б), тыльную (в) грани сооружения при воздействии ударной волны.

В табл.3.9 проведено сопоставление значений C_отр и N_ф при различных давлениях Р_ф [2;3]

Таблица. 3.9.

Скорость звука за фронтом отраженной волны

Рф, кПа	25	50	100	200	500
Nф, м/с	374	404	460	555	772
Cотр, м/с	364	383	417	472	600

Видно, что при давлении Р_ф  100 кПа значения C_отр близки к N_ф (с погрешностью до 10%)

Распределение максимального давления Р_m на некоторых преградах при Р_ф  50 кПа показаны на рис.3.12.

Преграда	Точка
	Давление Рm
Стенка	1	2	3	4	-
	Ротр	1,2 Рф	Рф	0,6 Рф	0,8 Рф
Цилиндр	1	2	3	4	5
	Ротр	0,8 Ротр	Рф	0,8 Рф	0,9 Рф

Таким образом, при действии ударной волны сооружение испытывает как всестороннее обжатие, так и действие смещающей силы, определяемой разностью нагрузок F₁ - F₃ на лобовую и тыльную грани, где нагрузка F₃ включается с учетом времени пробега волны по боковой (верховой) грани. При этом сооружение может быть разрушено, сдвинуто с основания или опрокинуто.

Характер воздействия ударной волны зависит от величины давления Р_ф и соотношения времен _эф и T₀, где T₀ - период собственных колебаний сооружения или конструкции. При _эф  T₀ степень поражения сооружения определяется величиной давления во фронте ударной волны, при _эф  T₀ - необходимо учитывать воздействие импульса давления в фазе сжатия.

В табл. 3.10 приведены критерии поражения, характеризующие степень разрушения зданий и сооружений при ядерных взрывах, то есть при относительно большой продолжительности фазы сжатия [2 - 3]. Применительно к взрывам обычных ВВ приближенно принимается, что в расчетах оценочного характера данными этой таблицы можно пользоваться при значения G  10 т.

Таблица 3.10.

Поражение зданий, сооружений при взрыве

Здание, сооружение	Давление Рф, кПа, вызывающее разрушение
	Сильное	среднее	слабое
Промышленное здание с тяжелым металлическим каркасом	40 – 60	30 - 40	20 - 30
Промышленное здание с легким металлическим каркасом или бескаркасной конструкции	35 – 45	25 - 35	10 - 20
Кирпичное многоэтажное здание (3 этажа и более)	20 – 30	12 - 20	8 - 12
Кирпичное малоэтажное здание (1 - 2 этажа)	25 – 35	15 - 25	10 - 15
Деревянный дом	12 – 20	8 - 12	6 - 8
Остекление	2 – 4	1 - 2	0,6 - 1
Подземные сети коммунального хозяйства (водопровод, газопровод, канализация)	1000 – 1500	600 - 1000	400 - 600
Трансформаторные подстанции. Распределительные устройства	60 – 80	40 - 60	30 - 40
Подземные металлические резервуары (склады ГСМ, АХОВ)	100 – 200	50 - 100	30 - 50
Частично заглубленные (обвалованные) резервуары	50 – 100	30 - 50	10 - 30
Газгольдеры и наземные резервуары для ГСМ и химических веществ	30 – 40	20 - 30	15 - 20
Кабельные подземные линии связи	1000 – 1500	600 - 1000	400 - 600