3.Определение радиусов безопасности для элементов итк объекта при заданном виде взрывоопасного источника чс

Необходимо пояснить какая типовая модель объекта рассматривается в дипломном проекте и обосновать выбор её элементов, подлежащих исследованию. Привести характеристику элементов ИТК, от которых зависит степень их разрушения.

Например: здания каркасные или здания кирпичные малоэтажные или здания кирпичные многоэтажные.

Определение радиусов безопасности R_б для выбранных элементов ИТК связано с такими понятиями как физическая устойчивость и предел устойчивости элементов.

Под физической устойчивостью следует понимать способность сооружения противостоять воздействию внешних нагрузок в чрезвычайной ситуации. Эта способность является свойством сооружения, которое зависит от его размеров, конструктивных и других параметров и не зависит от каких-либо внешних факторов. К таким параметрам, например, относятся: жесткость конструкции, наличие фундамента, закрепление элементов, материал, масса и положение центра тяжести, размеры элементов и их конфигурация, площадь опоры, расстояние между опорными частями и др.

Например, при одних и тех же внешних нагрузках наибольшим разрушениям подвергаются многоэтажные жилые здания без каркаса с несущими стенами из кирпича, панелей и блоков. Наибольшие нагрузки выдерживают массивные промышленные здания с металлическим каркасом и внутренним крановым оборудованием большой грузоподъемности, для которых устраиваются несущие колонны, что делает конструкцию здания более жесткой и прочной.

Большие внешние нагрузки выдерживает верхнее строение железнодорожного пути, имеющее жесткую конструкцию (соединение балластного слоя, шпал и рельсов), незначительное возвышение над поверхностью земли и малый коэффициент аэродинамического сопротивления.

Среди различных видов железнодорожного подвижного состава наибольшей устойчивостью к воздействию внешних нагрузок при взрывах обладают четырехосные незагруженные платформы (малые размеры при значительной массе), груженые цистерны (малый коэффициент аэродинамического сопротивления) и локомотивы. Наименее устойчивыми являются пассажирские вагоны и крытые порожние грузовые вагоны (значительные размеры и относительно малая масса).

Для оценки уязвимости сооружений и устройств при воздействии на них ударной волны необходимо знать их предел устойчивости-предельное значение избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, соответствующее нижней границе средних разрушений, при превышении которого сооружение получает среднее разрушение и его дальнейшее функционирование невозможно.

На рис.11.2 показан предел устойчивости и соответствующий ему радиус безопасностиR_б, (радиус функционирования R_ф).

Если элемент ИТК находится на расстоянии от взрывоопасного источника ЧС за пределами радиуса безопасности R_б, то его устойчивость сохраняется. При размещении элемента в пределах R_б его устойчивость теряется.

Рис 11.2. Иллюстрация понятий «предел устойчивости» и «радиус безопасности (функционирования)»

Определение предела устойчивости элементов ИТК.

Значения предела устойчивости для ряда элементов ИТК можно определить по прил.11.2, где приведены значения избыточных давлений ΔР_ф, при которых происходят разрушения элементов различной степени. Прил.11.2 составлено на основе испытаний зданий сооружений и устройств при воздействии на них воздушной ударной волны взрыва.

Приведённые значения ΔР_ф, определяющие степень разрушения транспортных, технических средств, станочного оборудования и т.п. усреднены . Каждый из этих элементов подразделяется на различные виды со своими конструктивными особенностями, массой, габаритами, положением центра тяжести, а, следовательно, со своей устойчивостью. Нельзя, например, устойчивость железнодорожной платформы прировнять к устойчивости пассажирского вагона или устойчивость гружёного и порожнего вагонов. Разрушение этих элементов ИТК происходит в результате их опрокидывания или отброса под воздействием давления скоростного напора воздуха ΔР_ск.

Таким образом, предел устойчивости Δзданий, железнодорожных путей, тяговых (трансформаторных) подстанций, искусственных сооружений, водонапорных башен, воздушных линий связи, контактной сети, ёмкостей и резервуаров определяется без расчётов с использованием данных прил.11.2.

Предел устойчивости транспортных, технических средств, станочного оборудования и аппаратуры определяется расчётом на опрокидывание при воздействии на них давления скоростного напора воздуха. Считается, что при опрокидывании указанные технические средства получают деформации, соответствующие средним или сидьным разрушениям, при этом теряется их устойчивость.

Расчеты на опрокидывание сводятся к определению предельного значения давления скоростного напора воздуха, Па:

, (11.2)

где - предельное значение давления скоростного напора, при превышении которого происходит опрокидывание элемента и он получает разрушения средней степени;

b/2 - удерживающее плечо, м;

z - плечо опрокидывания, м.

m-масса элемента, кг;

q - ускорение свободного падения, 9,8м/с²;

_SM- площадь Миделева сечения обтекаемого элемента (площадь проекции элемента на поверхность, нормальную к направлению движения ударной волны), м². Для упрощения расчетов при определении S_m принимается самое неблагоприятное условие - направление движения фронта ударной волны перпендикулярно наибольшей площади элемента;

_СХ - коэффициент аэродинамического сопротивления элемента (определяется опытным путем и зависит от его обтекаемости ударной волной; при направлении движения воздуха перпендикулярно наибольшей грани; для большинства элементов С_x=1,3).

Для перехода от рассчитанного по формуле 11.2 значения к единому показателю Δ используют [9, формулу 3.1 или график (рис.3.3)].

В пояснительной записке необходимо привести расчётную схему элемента (рис.11.3 –для элементов с ходовой частью) с указанием размеров, массы Q, положения центра тяжести и действующих нагрузок.

Пример расчёта на опрокидывание приведён в прил. 11.3.

Определение радиусов безопасности R_б.

На оси ординат построенных графиков ΔР_ф=ƒ(R) (рис.11.4) находят предельное значение Δдля элементов типовой модели объекта. Из найденных точек проводят горизонтальные отрезки параллельно оси X. Точки пересечения отрезков с кривыми графика проецируют на ось X и определяют радиусы безопасности R_б, соответствующие значениям массы Q₁, Q₂, Q₃,Q₄.

Рис.11.3. Схема, поясняющая расчёт на опрокидывание транспортных и технических средств, имеющих ходовую часть

Рис.11.4. Определение радиусов безопасности R_б по значениям Δ

Значения радиусов безопасности R_б заносят в таблицу по форме табл. 11.6.

Таблица11.6

Пределы устойчивости Δи радиусы безопасностиR_б элементов ИТК

Масса взрывоопасного вещества Q, т	Подвижной состав		Железнодорожный путь		Здания
	Δ	Rб	Δ	Rб	Δ	Rб
Q1 =
Q2 =
Q3 =
Q4 =

При оценке уязвимости объектов инфраструктуры ж.-д. транспорта расстояния между элементами ИТК и взрывоопасными источниками ЧС могут оказаться меньше значений радиусов безопасности. В этих случаях возникает необходимость определить, при каких значениях массы Q взрывоопасного источника ЧС будет соблюдён радиус безопасности.

В ряде случаев необходимо определить максимальное значение массы Q, при котором соблюдается радиус безопасности элемента ИТК.

Эти задачи могут быть решены с использованием построенных графиков зависимости безопасных расстояний от изменения значения массы взрывоопасного источника ЧС R_б=ƒ(Q,Δ)(в пределах заданных значений массы) для каждого элемента ИТК типовой модели объекта.

Для построения графиков используют данные табл.11.6.

Пример построения графиков приведён на рис.11.5.

Каждая кривая графика характеризует изменение радиуса безопасности в зависимости от изменения массы взрывоопасного вещества для определённого вида элемента ИТК объекта.

На графике (рис.11.5) нижняя кривая характеризует изменение радиуса безопасности R_б при изменении массы Q взрывоопасного вещества для ж.-д. пути, средняя кривая –для вагонов и верхняя кривая- для здания.

Рис.11.5. Графики изменения радиусов безопасности в зависимости от массы взрывоопасных источников ЧС

В конце главы необходимо сформулировать конкретные выводы, в которых указываются:

•объект ж.-д. транспорта и его элементы ИТК, подлежащие исследованию;

• значения пределов устойчивости рассматриваемых элементов ИТК;

• радиусы безопасности для рассматриваемых элементов ИТК при различных значениях массы взрывоопасного источника ЧС (сослаться на данные табл.11.5).

Результаты исследования на базе типовой модели объекта позволяют определять:

• уязвимость элементов ИТК на конкретных объектах инфраструктуры ж.-д. транспорта путём сравнения существующих расстояний от элементов до источника ЧС с рассчитанными в главе радиусами безопасности.

• радиусы безопасности элементов ИТК при проектировании размещения взрывоопасного источника ЧС на объекте (вблизи объекта);

• максимальные значения массы взрывоопасного вещества, при которых будут соблюдаться радиусы безопасности элементов ИТК объектов инфраструктуры ж.-д. транспорта.

Результаты исследования могут использоваться и при разработке мероприятий по повышению устойчивости функционирования ОЖДТ за счёт уменьшения массы взрывоопасных источников ЧС.

Приложение 11.1.

График изменения избыточных давлений в зависимости от расстояния до центра взрыва (R) для различной массы углеводородных газов

Приложение 11.2

Степени разрушения* элементов ИТК железных дорог при различных избыточных давлениях во фронте ударной волны, кПа

Элементы ИТК	Разрушения при Рф, кПа
	слабое	среднее	сильное
1	2	3	4
Железнодорожный путь	100-150	150-300	300-500
Вагоны, платформы, цистерны	20-40	40-60	60-90
Локомотивы	50-70	70-100	100-150
Мосты с металлическими пролетными строениями длиной до 45 м	50-100	100-200	200-250
То же, с пролетами 100 м и более	40-60	60-100	100-150
Мосты железобетонные с пролетными строениями длиной 20-25 м	50-100	100-200	200-300
Здания с металлическим каркасом	20-30	30-40	40-50
Здания кирпичные малоэтажные	10-15	15-25	25-35
То же, многоэтажные	8-10	10-20	20-30
Здания деревянные	6-8	8-12	12-20
Подстанции (трансформаторные, тяговые)	10-30	30-60	60-70
Водонапорные башни	10-20	20-40	40-60
Оборудование артезианских скважин	70-110	110-130	130-170

Продолжение приложения 11.2

Воздушные линии связи, контактная сеть	20-50	50-70	70-120
Подземные кабельные линии связи	200-300	300-600	600-1000
Трубопроводы наземные	20-50	50-130	более 130
Подземные линии водопровода и канализации	400-600	600-1000	1000-2000
Шоссейные дороги с твердым покрытием	120-300	300-600	600-1000
Станочное оборудование депо и мастерских	10-20	20-60	60-70
Краны и крановое оборудование	20-30	30-50	50-70
Автомобили: Грузовые легковые	20-40 10-20	40-50 20-45	50-60 45-65
Землеройные, дорожно-строительные машины	50-110	110-140	140-170
Контрольно-измерительная аппаратура	5-10	10-20	20-30
Наземные металлические резервуары и емкости	30-40	40-70	70-90
Убежища, рассчитанные на 100 кПа	100-140	140-180	180-220

*Полное разрушение наступает при избыточных давлениях, превышающих верхнюю границу Р_ф сильных разрушений.

Приложение 11.3

Пример расчёта на опрокидывание железнодорожного вагона. Определить, при каких условиях может опрокинуться порожний четырехосный полувагон, имеющий следующие характеристики: масса Q = 22 т, длина кузова _Lк= 12,7 м, высота кузова _hк= 2,5 м, высота от головки рельса h = 3,48 м, расстояние между колесами колесной пары, опирающихся на рельсы В = 1,52 м (рис.11.3).

Решение:

1. По формуле (11.2) определяют значение, при превышении котоpoгo произойдет опрокидывание полувагона. Значения

Z===1,74м,

тогда

По графику [9(рис.3.3) или формуле (3.1), с.41, 42] определяют, что давлению скоростного напоракПа соответствует избыточное давление

Вывод: При превышении данного избыточного давления при неблагоприятных условиях (фронт ударной волны распространяется перпендикулярно наибольшей площади полувагона) произойдет опрокидывание полувагона.