Цель работы
Разработать методику прогнозирования и оценки последствий завалов.
Ежегодно в мире происходит множество чрезвычайных ситуаций различного характера и происхождения: ураганы, землетрясения, цунами, наводнения, оползни, взрывы, обвалы и др. Они приводят к разрушению жилых и производственных зданий, степень разрушения которых зависит от силы воздействия, от типа здания и качества его постройки. Разрушения наносят не только вред экономике, требуя затрат на расчистку и на восстановление, но и вызывают потери среди населения.
Вот почему важной проблемой становится умение противостоять различным чрезвычайным ситуациям. Первым шагом является прогнозирование. Необходимо выяснить когда, где и какой силы произойдет землетрясение, какие районы могут пострадать от наводнения и т.д. Далее идет предупреждение чрезвычайной ситуации. Необходимо по возможности предотвратить или хотя бы минимизировать их разрушительное действие. И, наконец, третий шаг – ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций. Нужно по возможности оперативно ликвидировать опасность, спасти уцелевших и восстановить стабильное существование данного региона.
А для этого необходимо уметь рассчитывать возможные размеры завалов и потери среди населения при различных чрезвычайных ситуациях, для различных зданий и сооружений.
Завалы, образующиеся при разрушении зданий
При воздействии поражающих факторов взрывов, землетрясений, цунами и разрушения плотин здания могут получить ту или иную степень разрушения. Анализ характера разрушений зданий при чрезвычайных ситуациях показал, что здания при полном разрушении практически полностью превращаются в обломки, образуя завалы. При разрушении зданий на ступень ниже полной в расчетах можно принять, что объем завалов составляет примерно 50% от объемов завалов зданий в случае их полного разрушения.
Завалы различных типов зданий характеризуются показателями. Показатели завалов зданий являются определяющими параметрами при выборе технологии спасательных работ. Показатели можно свести к двум группам:
– показатели, непосредственно характеризующие завал;
– показатели, характеризующие обломки завала.
К показателям, непосредственно характеризующим завал, можно отнести:
– дальность разлета обломков;
– высоту завала;
– объемно-массовые характеристики завалов;
– структуру завалов по весу обломков, составу строительных элементов и арматуры.
К показателям, характеризующим обломки завала, относят.
– вес обломков;
– геометрические размеры;
– структуру и содержание арматуры.
Расчет завалов
На основании анализа материалов натурных завалов зданий установлено, что завалы зданий можно упрощенно представить как обелиски – геометрические фигуры с прямоугольными основаниями, расположенными в параллельных плоскостях (рис.1). Противоположные боковые грани обелиска наклонены к основанию. Основными данными для построения этой фигуры являются размеры основания здания А и В, высота завала h и дальность разлета обломков L. Характерными геометрическими показателями завала также являются длина и ширина завала.
Длина завала – геометрический размер завала в направлении наибольшего размера А здания:
AЗАВ = 2L + A (1)
Ширина завала – геометрический размер завала в направлении наименьшего размера В здания
BЗАВ = 2L + B (2)
где L - дальность разлета обломков, L = Н/2 … Н.
Расчетные схемы завалов зависят от воздействия поражающего фактора. Принимается, что при аварии со взрывом внутри здания, обломки разлетаются в стороны равномерно, а при взрыве вне здания обломки смещаются по направлению действия воздушной ударной волны.
Рис. 1. Расчетные схемы завалов: а – при взрыве внутри здания; б – при взрыве вне здания; в – при землетрясении.
h – высота завала;
l – дальность разлета обломков;
А, В, Н – длина, ширина, высота здания;
АЗАВ, ВЗАВ – длина, ширина завала;
------ 1 - контур здания до разрушения;
—— 2 - контур завала.
Характерный размер завала по направлению действия воздушной ударной волны в последнем случае равен
BЗАВ = B + L или AЗАВ = A + L (3)
Верхняя грань расчетного обелиска при авариях со взрывом принимается равной площади основания здания. При землетрясениях площадь верхней грани обелиска по размерам меньше площади основания здания. Длина и ширина верхней грани обелиска, для этого случая, соответственно равна:
Дальность разлета обломков
завал разрушение обломок взрыв
Дальность разлета обломков при взрывах:
Рассмотрим методику определения дальности разлета обломков при взрывах, приняв следующие предпосылки:
– волна мгновенно обтекает обломки вследствие их небольших размеров;
– вращения обломков при разлете и изменения за счет этого лобовой площади FЛ (миделя) не происходит.
Дальность разлета обломков (L) – расстояние от контура здания до основной массы обломков.
Смещение обломков можно описать уравнениями движения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Рассмотрим сначала горизонтальное движение обломков с учетом сопротивления воздуха.
Силу, создаваемую скоростным напором воздушной ударной волны действующим на обломок, вычисляют по формуле
, (5)
где СХ – коэффициент лобового сопротивления, который для обломков принимают равным 1,5;
rФ(t) и UФ(t) – плотность и скорость воздушного потока в момент времени t;
FЛ – площадь лобового сечения обломков.
По мере увеличения скорости обломков возрастает сопротивление воздушного потока горизонтальному движению обломка
, (6)
где х (t) - горизонтальная скорость обломка в момент времени t.
Теперь рассмотрим вертикальное движение обломков с учетом сопротивления воздуха. Нагрузка, создаваемая силой тяжести, составит
P = FЛ*d*r*g, (7)
где d – толщина стены здания;
r – плотность материала;
g – ускорение свободного падения.
Сопротивление воздушного потока вертикальному движению можно описать зависимостью
, (8)
где Су – коэффициент сопротивления (Су = СХ);
FH – площадь горизонтального сечения обломка;
y2(t) – вертикальная скорость обломка в момент времени t.
Тогда движение обломка можно описать системой уравнений
, (.9)
где m = FЛ * d * r – масса обломка.
Расчеты по формуле (9) и данные натурных завалов показывают, что дальность разлета обломков при минимальном давлении, вызывающем полное разрушение стен зданий, приближенно составляет
Скачать реферат