Действие воздушных ударных волн
Действие воздушных ударных волн на здания.
Во многих зданиях при относительно небольших взрывных нагрузках разрушаются окна. Стекло представляет собой хрупкий материал, который разрушается с образованием большого количества осколков, как только напряжение в нем достигает предела упругости. Окна обычно имеют небольшие горизонтальные размеры между несущими конструкциями здания и поэтому первыми откликаются на взрывные нагрузки, и чаще всего разрушаются в режиме статического нагружения. Для таких случаев вполне оправдано применение частного критерия по максимальному давлению. Критическое избыточное давление, при котором начинается разрушение остекления зданий, связано с площадью поверхности оконного стекла S (м2), его толщиной h (мм) и соотношением максимального и минимального размеров, А = L/B. Для зданий и других объектов различают четыре степени разрушения:
- полное;
- сильное;
- среднее;
- 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, а разрушаются в основном, второстепенные конструкции. Слабое – характеризуется в основном повреждениями или деформациями отдельных легких элементов ограждений (окна, двери, крыши). При полном разрушении сетей коммунально-энергетического хозяйства выходят из строя значительные участки трубопроводов, разрываются кабели, обрушиваются опоры воздушных линий электропередач.
Периоды собственных колебаний зданий Т с жесткой конструктивной схемой, как правило, находятся в диапазоне 0,1 – 1,0 сек. Опытные значения Т для различных типов зданий приведены в таблице.
Периоды собственных колебаний зданий
Здание | Число этажей | ТI, с | ТII, с |
Жилое с несущими каменными стенами |
3
5
8
|
0,15
0,26
0,43
|
0,16
0,22
0,43
|
Жилое крупнопанельное |
4
5
6
9
|
0,16
0,30
0,36
0,40
|
0,15
0,22
-
0,32
|
Жилое сборное каркасно-панельное |
14
16
|
0,86
1,20
|
0,76
0,76
|
Административное каркасное с кирпичным заполнением: | |||
железобетонный каркас | 12 | 0,69 – 0,96 | 0,62 – 0,89 |
стальной каркас | 12 | 1,17 | 1,12 |
Административное каркасное | 22 | 1,10 | 1,16 |
ТI – поперечные колебания; ТII – продольные колебания. |
При длительности воздушной ударной волны τ > 10Т (при крупномасштабных взрывах) степень разрушения объектов можно оценить по критическому избыточному давлению
Критическое избыточное давление ВУВ для некоторых объектов
Объект | Давление Dрк, 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 тяжелыми металлическим и железобетонным каркасом | 60 – 100 | 50 – 60 | 40 – 50 | 20 – 40 |
Промышленные бескаркасные конструкции и с легкими металлическими каркасом | 60 – 80 | 40 – 60 | 30 – 40 | 20 – 30 |
Действие ударных волн на человека.
Поражение человека связаны с поражением различных частей тела. При этом отдельные органы могут по-разному реагировать на воздействие ударной волны. Например, барабанные перепонки имеют очень маленький период собственных колебаний, поэтому их реакцию на воздействие УВ можно оценивать по критерию максимального избыточного давления в волне. Граница временной потери слуха соответствует давлению DРф = 1,5 – 2 кПа, нижний порог повреждения барабанной перепонки 34 – 35 кПа, а 50 % вероятности разрыва перепонки около 100 кПа.
Наиболее чувствительны к поражающему действию воздушной ударной волны легкие и органы слуха:
Характерные виды поражения человека ударной волной
Повреждение | Dр, кПа | R*, м ´ кг – 1/3 |
Баротравма легких средней тяжести | 150 – 200 | < 2,2 |
Контузия внутренних органов и центральной нервной системы | 450 – 500 | < 1,4 |
Разрыв барабанной перепонки | 35 – 45 | < 4,5 |
Временная потеря слуха | > 2 | - |
R – приведенное расстояние |
Существенное влияние на поражение человека оказывает его ориентация относительно падающей волны и окружающих объектов. Наибольшие повреждения при минимальных значениях давления и импульса приходящей ударной волны получает человек, который стоит или лежит вблизи плоской отражающей поверхности, по нормали к которой наступает ударная волна. В этом случае на него действует не только давление в проходящей воздушной ударной волне, но и давление в волне, отраженной от жестких стен.
При взрывах крупных зарядов, человека можно рассматривать как единый объект и в качестве критерия поражения использовать критическое давление в воздушной ударной волне.
Критическое давление поражения человека воздушной ударной волны
Вероятность летального исхода, % | 99 | 75 | 50 | 25 | 10 |
Dрк, кПа | 500 | 370 | 320 | 280 | 250 |
Но данные показатели не являются истинной во языцах. Реальность показывает, что даже минимальное воздействие ВУВ может привести к реалным и сущестенным физическим последстиям для организма человека. Такое воздействие може принетсти и подвести к: а) гинетическим изменениям; б) к эндокринным последствиям; в) психо-физиолическим измененям.
Мы при проведении первых испытаний, к сожалению, не учитывали многих факторов и наблюдали испытания вживую, что в последствии привело к ряду поледствий для людей, находящихся в зоне испытаний.