Разработка вариантов дублирования моста

Исходные данные.

На удалении 420 метров от ближайшей береговой опоры моста расположена база горюче-смазочных материалов с общей массой жидкого топлива 1300т. Взрывоопасный объект расположен под углом 45 к продольной оси моста (средняя точка моста).

Требуется:

1. Изложить характеристику взрыва горюче-воздушной смеси (гвс) и параметров воздушной ударной волны взрыва;

2. определить возможное воздействие взрыва ГВС на мост;

3. выбрать и обосновать используемое инвентарное имущество;

4. разработать принципиальную схему моста и определить потребное количество инвентарного имущества.

1. Характеристика взрыва гвс и параметров воздушной ударной волны взрыва

Горюче-воздушные смеси (ГВС) представляют собой пары топлива в свободном объеме между поверхностью жидкого топлива и верхней частью резервуара. Инициирующим условием взрыва ГВС являются, как правило, открытый огонь, искрообразование, высокая температура. При взрыве ГВС в процесс взрыва вовлекается вся масса топлива, находящегося в резервуаре.

В табл. 1 приведен характер зависимости ΔP_ф = f(R) в зоне действия ударной волны при взрыве ГВС с массой жидкого топлива 1000 т.

Таблица 1

Зависимости ΔP_ф от расстояния до центра взрыва R при Q_ГВС = 1000 т

Избыточное давление ΔPф, кПа	300	200	100	50	30	20	10
Расстояние от центра взрыва ГВС R, м	320	380	520	760	1040	1340	1920

При любых взрывах принято выделять три круговые зоны (рис. 1): I – зона детонационной волны; II – зона действия продуктов взрыва; III – зона воздушной ударной волны.

Рис. 1. Зоны очага взрыва:

I – зона детонационной волны; II – зона действия продуктов взрыва;

III – зона действия воздушной ударной волны;

r₁, r₂, r₃ – радиусы внешних границ соответствующих зон

Зона детонационной волны (зона I) находиться в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны r_I, м, зависит от массы Q, т, продукта взрыва и приближенно может быть определен по формуле:

где k – коэффициент пропорциональности;

Для горюче-воздушных смесей (ГСМ) и углеводородных газов (УВГ) коэффициент k может быть принят равным 17,5.

В пределах зоны I действует постоянное избыточное давление ΔP_ф1 (для ГВС

и УВГ ΔP_ф1 ≈ 1700 кПа).

Зона действия продуктов взрыва (зона II) охватывает всю площадь разлета продуктов взрыва, где избыточное давление постоянно падает и на внешней границе зоны составляет примерно 300 кПа. Радиус этой зоны r_II ≈ 1,7r_I.

В зонах I и II все здания и наземные сооружения разрушаются практически полностью.

В зоне действия воздушной ударной волны (зона III) формируется фронт ударной волны, распространяющийся по поверхности земли. Значения параметров воздушной ударной волны в этой зоне при одной и той же массе взрывоопасных веществ на одинаковом удалении от центра взрыва зависят от вида взрывоопасных веществ. Одними из основных взрывоопасных веществ являются горюче-воздушные смеси (ГВС).

Основными параметрами ударной волны, определяющими ее поражающее действие, являются: избыточное давление ΔP_ф, давление скоростного напора ΔP_ск и время действия ударной волны t_у.в.

Избыточное давление во фронте ударной волны ΔP_ф – это разница между максимальным давлением воздуха во фронте ударной волны и атмосферным давлением ΔP_ф = P_ф – P₀.

Избыточное давление ΔP_ф обладает разрушительным действием, выводя из строя устойчивые, крупногабаритные массивные сооружения, жесткие конструкции с фундаментами (здания, защитные сооружения, опоры мостов, водонапорные башни и т.п.). Эти сооружения противостоят смещению, поэтому время обтекания их фронтом ударной волны будет значительным, хотя составляет доли секунды. Фронт ударной волны, дойдя до передней стенки сооружения, отражается от нее. В результате этого избыточное давление, действующее на переднюю стенку сооружения, быстро возрастает, увеличиваясь в несколько раз (создается давление отражения). По мере прохождения фронта ударной волны избыточное давление, действующее на переднюю стенку сооружения, быстро падает до значения давления в ударной волне (до отражения). Затем ударная волна охватывает все стороны сооружения, создавая разрушительную статическую нагрузку путем всестороннего сжатия (рис. 2).

Рис. 2. Действие ударной волны на устойчивое сооружение:

а – фронт ударной волны достиг передней стенки и создал максимальное давление; б – фронт ударной волны прошел до половины ширины сооружения

(давление на переднюю стенку упало); в – фронт ударной волны миновал сооружение (все стороны сооружения испытывают одинаковое давление)

При небольших размерах и обтекаемой форме сооружения величина избыточного давления действует на него в течение очень короткого времени. В этом случае степень разрушения сооружения зависит, главным образом, от скоростного напора воздуха в ударной волне, время действия которого намного больше, чем избыточного давления (при ядерном взрыве может составить несколько секунд).

Скоростной напор действует на сооружение в виде динамической нагрузки, смещая, опрокидывая или отбрасывая малогабаритные, быстро обтекаемые и малоустойчивые сооружения, такие как опоры контактной сети и электропередач, мостовые фермы, станки, транспортные, технические средства и аппаратуру (вагоны, краны, автомобили, шкафы с оборудованием СЦБ).

Наибольший метательный эффект скоростного напора проявляется в местах с избыточным давлением более 50 кПа, где скорость перемещения воздуха более 100 м/с.

Избыточное давление и скоростной напор измеряются в Па, кПа, от кгс/см² (1 кгс/см² ≈ 100 кПа).

Существует зависимость величины скоростного напора ΔP_ск, кПа, от избыточного давления ΔP_ф:

Характер зависимости представлен на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость скоростного напора ΔP_ск от избыточного давления ΔP_ф

Как и максимальное избыточное давление ударной волны, максимальный скоростной напор уменьшается с увеличением расстояния от центра взрыва.

Время действия ударной волны t_у.в в какой-либо точке пространства зависит главным образом, от мощности взрыва (массы взрывоопасного материала), его вида, удаления от центра взрыва и измеряется в секундах.

На малых расстояниях от центра взрыва продолжительность фазы сжатия весьма незначительна; по мере распространения ударной волны она увеличивается.

Чем больше время действия ударной волны (при одном и том же значении избыточного давления), тем больше ее разрушительный эффект.

Для различных видов взрывоопасных материалов одинаковой массы при аварийных взрывах значения параметров ударной волны на одинаковом удалении от центра взрыва будут различными.

Это объясняется различной природой и характером горюче-воздушных смесей.