Параметры разрушения зданий и других объектов

Во многих зданиях при наименьших взрывных нагрузках разрушаются окна. Стекло представляет собой хрупкий материал, который рассыпается, как только напряжение в нем достигает предела упругости. Окна обычно имеют небольшие горизонтальные размеры между опорами и поэтому первыми откликаются на взрывные нагрузки, а следовательно, при аварийных или террористических взрывах чаще всего разрушаются в режиме квазистатического нагружения. Для таких случаев вполне оправданно применение частного критерия по максимальному избыточному давлению. Диаграммы, которые предназначены для оценки разрушения оконных стекол при взрыве газовых ТВС внутри помещений и могут использоваться для определения квазистатической асимптотики разрушения стекол.

Обработка указанных диаграмм показывает, что критическое избыточное давление, при котором начинает разрушаться остекление зданий, связано с площадью поверхности оконного стекла S, м², его толщиной h, мм, и соотношением максимального и минимального размеров L / B следующей зависимостью:

. (54)

При скольжении длинной ударной волны вдоль поверхности стекла значение, вычисленное по (54), сравнивается с , а при нормальном падении волны - с избыточным давлением нормального отражения , которое связано с давлением на фронте волны соотношением:

, (55)

где - полное давление на фронте волны.

Для зданий и других объектов различают четыре степени разрушений: полное, сильное, среднее и слабое. При полном - обрушивается большая часть стен, колонн и перекрытий. Сильное - характеризуется частичным повреждением стен, колонн и перекрытий; легкие элементы (двери, перегородки, крыши) разрушаются полностью или частично. При среднем - основные ограждающие и несущие конструкции деформируются (прогибаются), а разрушаются в основном второстепенные конструкции. Слабое - характеризуется повреждением или серьезными деформациями отдельных легких элементов ограждения (окна, двери, крыши домов). При полном разрушении сетей коммунально-энергетического хозяйства выходят из строя значительные участки трубопроводов, разрывается кабель, обрушиваются опоры воздушных линий электропередач.

Периоды собственных колебаний зданий с жесткой конструктивной схемой Т, с, как правило, находятся в диапазоне 0,1 ÷ 1 с и могут быть оценены по эмпирическим формулам:

; ; ; , (56)

где - число этажей; - коэффициент, зависящий от конструкции здания и вида основания (при средней плотности грунтов = 0,04 ÷ 0,09); Н - высота здания, м; В - ширина или длина здания, м; g = 9,81 м/с² - ускорение силы тяжести.

Опытные значения Т для различных типов сооружений приведены в табл. 4.

При длительности взрывной волны τ > 10 Т, то есть при взрыве крупномасштабных облаков ТВС, степень разрушения объектов можно оценить по критическому избыточному давлению, значения которого приведены в табл. 5.

Таблица 4. Периоды собственных колебаний зданий и сооружений

Здание	Число этажей	Поперечные Т, с	Продольные Т, с
Жилое с несущими каменными стенами		0,15 0,26 0,37...0,39 0,43	0,16 0,22 - 0,43
Школьное с несущими кирпичными стенами		0,22 0,30 0,32	0,21 0,27 -
Жилое крупнопанельное		0,16 0,30 0,36 0,40	0,15 0,22 - 0,32
Жилое сборное каркасно-панельное		0,86 1,20	0,76 0,76
Жилое с нижним каркасным и верхними крупнопанельными этажами		0,28 0,64 1,14	0,30 0,44 1,05
Административное каркасное с кирпичным заполнением: железобетонный каркас стальной каркас		0,69... 0,96 1,17	0,62... 0,89 1,12
Административное каркасное		1,10	1,16

Та6лица 5. Критическое избыточное давление ударной волны для некоторых объектов

Объект	Давление , кПа, соответствующее степени разрушения
полное	сильное	среднее	слабое
Жилые и промышленные здания
кирпичные многоэтажные	30...40	20...30	10...20	8...10
кирпичные малоэтажные	35...45	25...35	15...25	8...15
деревянные	20...30	12...20	8...12	6...8
промышленные с тяжелым металлическим и железобетонным каркасом	60...100	50...60	40...50	20...40

промышленные бескаркасной конструкции и с легким металлическим каркасом	60...80	40...60	30...40	20...30

Сооружения и сети городского коммунального хозяйства, энергетики, связи
тепловые электростанции	25...40	20...25	15...20	10...15
котельные, регуляторные станции в кирпичных зданиях	35...45	25...35	15...25	10...15
подземные сети коммунального хозяйства (водопровод, канализация, газ)		1000...1500	600...1000	400...600
трубопроводы наземные	-
трубопроводы на эстакадах	-	40...50	30...40	20...30

смотровые колодцы и задвижки сетей коммунального хозяйства

трансформаторные подстанции		40...60	20...40	10...20
водонапорные башни		40...60	20...40	10...20
антенные устройства	>40	30...40	20...30	10...20
высоковольтные линии электропередач	120...200	80...120	50...70	20...40
кабельные подземные линии		1000...1500	800...1000	до 800
Транспортные сооружения
шоссейные дороги с асфальтовым и бетонным покрытием
металлические и железобетонные мосты с пролетом до 50 м	250...300	200...250	150...200	100...150
взлетно-посадочные полосы аэродромов
железнодорожные пути
силовые линии электрифицированных железных дорог
Транспорт, подвижная техника, хранилища
тепловозы массой до 50 т
вагоны товарные деревянные
цистерны для перевозки по железным дорогам сжиженных газов, нефтепродуктов
цельнометаллические вагоны
землеройно-дорожностроительные машины
пожарные машины
резервуары и емкости стальные наземные
газгольдеры и хранилища ГСМ и химических веществ
частично заглубленные резервуары для хранения нефтепродуктов
подземные резервуары

Для оценки совместного воздействия избыточного давления и удельного импульса взрывной волны на типовые здания и промышленные сооружения можно воспользоваться данными о разрушениях от бомбардировок во второй мировой войне, полученными в Великобритании, которые для кирпичных зданий аппроксимируются уравнением

, (57)

где - расстояние от места взрыва, м; - масса заряда ВВ (тротиловый эквивалент), кг; - коэффициент (3,8 - полное разрушение зданий; 5,6 - здания разрушены наполовину; 9,6 - здания непригодны для обитания; 28 - умеренные разрушения, повреждения внутренних малопрочных перегородок; 56 - зданиям нанесен небольшой ущерб, разбито более 10% стекол).

С помощью (57) для каждого вида разрушений можно построить предельные диаграммы в плоскости , которые имеют характерный гиперболический вид с двумя асимптотами и , значения которых вместе с константой К в обобщенном критерии (53) приведены в табл. 6.