§ 25.3. Параметры, определяющие взрывную нагрузку на строительные конструкции

При проектировании и строительстве зданий для взрывоопасных про­изводств конструктивное и компоновочное решения должны быть та­кими, чтобы в случае взрывов газо-, паро- или пылевоздушных смесей внутри помещений повреждения были минимальными. Для решения такой задачи важно знать возможный режим течения взрыва в производ­ственных помещениях, так как величина интенсивности возникающих

нагрузок зависит от режима горения; температуру горения взрывоопас­ной смеси, давление и время взрыва.

Согласно современным представлениям (см. гл. 20) существует три характерных режима горения: нормальное, неустойчивое (ускоряющееся) и детонационное. При нормальном и ускоряющемся режимах горения фронт пламени распространяется с дозвуковой скоростью. Пламя в этих режимах горения распространяется со скоростью, которая определя­ется выражением:

ρ₀ Т_взр

U_в = U_н —— α = U_н η ——— α = U_н ε_р α,

ρ Т₀

где U_н — нормальная скорость горения; ρ, ρ₀ — плотность продуктов сгорания и исходной смеси; η — отношение изменения числа молекул до реакции в пламени и по окончании горения; Т_язр, Т₀ — соответствен­но температура продуктов сгорания и исходной смеси при постоянном давлении; ε_р — степень расширения продуктов горения при постоянном давлении, ε_р = η Т_взр/Т₀; α — коэффициент интенсификации горения.

Нормальная скорость горения представляет собой одну из основных характеристик взрывоопасной смеси и зависит от природы вещества, соотношения горючего и окислителя, а также от начального состояния (температуры и давления) смеси. Нормальная скорость горения состав­ляет 0,3—0,8 м/с.

Важной характеристикой взрывоопасных смесей является темпера­тура ее горения (Г_В1Р). Для газо-, паро- и пылевоздушных смесей тем­пература горения составляет 900—3150°С. Что касается значения η, то оно изменяется от 1,02 до 1,06.

Давление взрыва внутри помещения до момента вскрытия легко­сбрасываемых конструкций равно:

р = р₀ [ 1 + ( ε _v - 1) m ]

где р₀ — начальное значение давления; m — массовая доля сгоревшей смеси m = V_н/ V_п, где V_н — объем, который занимала сгоревшая смесь до начала ее воспламенения; V_п —объем помещения; ε _v —степень расширения продуктов горения при постоянном объеме.

С момента вскрытия легкосбрасываемых конструкций наряду с процессом горения внутри помещения при определении давления необ­ходимо учитывать истечение газа через образовавшиеся проемы в ограж­дающих конструкциях. Истечение газа происходит в виде расширяю­щегося потока в дозвуковом режиме.

Таким образом, давление на строительные конструкции при взрыв­ном горении взрывоопасной смеси внутри помещения и одновременном истечении газа из объема равно:

V_п + V_н ε_р - V

р = р₀ ———————

V_п

где V_н ε_р — объем, занимаемый сгоревшей смесью к моменту времени t:

4

V_н ε_р = —— π α³ U ³_н ε_р³ t³

3

Время взрыва зависит от объема помещения У_а, в котором происхо­дит взрыв.

Продолжительность действия взрывной нагрузки необходимо знать для выбора метода расчета строительных конструкций.