^
Задача 2.1. Определить характер разрушений и вероятность возникновения завалов в районе землетрясения силой 10 баллов при плотности застройки 40%, этажности 6-8, ширине улиц 20 м.
Решение
По табл. 2.10 определяем, что воздействие землетрясения силой 10 баллов эквивалентно воздействию избыточного давления 50 кПа, что характеризует зону сильных разрушений.
Если дана характеристика конкретного элемента ОЭ или района застройки, то по табл. 2.11 и 2.12 легко определить характер разрушений в зависимости от устойчивости объекта, типа (конструктивного выполнения) строения.
3. По табл. 2.13 высота сплошных завалов может составить до 4 м.
Таблица 2.10
Сравнительная характеристика параметров при воздействия ЧС
Избыточное давление, кПа
|
Свыше 50
|
30...50
|
20...30
|
10...20
|
Менее 10
|
Землетрясение, баллы
|
11...12
|
9...10
|
7...8
|
5...6
|
4...5
|
Ураган (баллы) при скорости ветра (м/с)
|
17 > 70
|
16...17 50...70
|
14...15 30...50
|
12...13
25...30
|
9...11
< 25
|
Степень разрушения зданий
|
Полные
|
Сильные
|
Средние
|
Слабые
|
Легкие
|
^
^
|
Степень разрушения
|
Сильное
|
Среднее
|
Слабое
|
Защитные сооружения
|
Отдельно стоящие, 3,5 кг/см2
|
7.5...6
|
6...5
|
5...3,5
|
Рассчитанные на давление 1,0 кг/см2
|
3...2
|
2...1,5
|
1,5...!
|
Подвальные, 1,0 кг/см2
|
2...1,5
|
1,5...1
|
1...0.7
|
Рассчитанные на давление 0,5 кг/см2
|
I...0,6
|
0,6...0,4
|
0,4...0,3
|
ПРУ, рассчитанные на давление 0,3 кг/см2
|
0,8...0,6
|
0,6...0,4
|
0,4...0,2
|
Подвалы без усиления
|
1...0,8
|
0,8...0,3
|
0,3...0,2
|
Промышленные и жилые здания
|
^
|
С тяжелым металлическим каркасом
|
0,6...0,4
|
0,4...0,3
|
0,3...0,1
|
С легким каркасом и без каркаса
|
0,5...0,3
|
0,3...0,2
|
0,2...0,1
|
Доменные печи
|
0,8
|
0,4
|
0,2
|
ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
|
Тепловые и атомные
|
0,45
|
0,35
|
0,25
|
То же, антисейсмич. конструкции
|
3...2
|
2...1,5
|
0,3...0,25
|
Бетонные, ж/б., антисейсмич. конструкции
|
2...1,5
|
1,5...0,8
|
0,8...0,3
|
ЗДАНИЯ
|
Кирпичные
|
0,3...0,2
|
0,2...0,12
|
0,12...0,08
|
Деревянные
|
0,2...0,12
|
0,12...0,08
|
0,08...0,06
|
Разрушения остекления зданий
|
0,05...0,03
|
0,03...0,02
|
0,02...0,01
|
Сооружения
|
ПЛОТИНЫ
|
Бетонные
|
50
|
50...20
|
20...10
|
Земляные, шириной 20...100 м
|
10
|
10...7
|
7...1,5
|
Затворы плотин
|
1
|
1...0,7
|
0,7...0,2
|
Здания ГЭС
|
3...2
|
2...1
|
1...0,5
|
Подземные водо-, газо-, канализационные сети
|
15...10
|
10...6
|
6...13
|
Смотровые колодцы, задвижки
|
10
|
6
|
4...2
|
ТРУБОПРОВОДЫ
|
Наземные
|
1,3
|
0,5
|
0,2
|
Заглубленные до 0,7 м
|
5
|
3,5...2,5
|
2...1,5
|
^
|
Наземные
|
1...0/7
|
0,5...0,3
|
0,3...0,1
|
Подземные
|
15...10
|
10...8
|
8
|
Воздушные линии высокого напряжения
|
1,2...0,8
|
0,7...0,5
|
0,4...0,2
|
Силовые линии электрифицированной ж.д.
|
0,7
|
0,6
|
0,5
|
Стационарные воздушные линии связи
|
1,2...0,8
|
0,7...0,5
|
0,2
|
Антенные устройства
|
0,4
|
0,4...0,2
|
0,2...0,1
|
МОСТЫ
|
Металлические, пролетом до 45 м
|
2,5
|
2,5...1,5
|
1,5...1
|
Ж/б., пролетом до 20 м
|
2
|
2...1
|
1„.0,5
|
Деревянные, низководные
|
1
|
0,8...0 ,5
|
0,5...0,2
|
Шоссейные дороги с твердым покрытием
|
20...10
|
10
|
3...1,2
|
Пути железнодорожные
|
3
|
3...1.5
|
1,5...1
|
Аэродромы с бетонным покрытием
|
20
|
15
|
4...3
|
Метро
|
20
|
20...12
|
12...10
|
Подстанции трансформаторные и распределительные
|
0,7...0,6
|
0,6...0,4
|
0,4...0,3
|
Вышки металлические сквозной конструкции
|
0,5
|
0,3
|
0,2
|
Водонапорные башни
|
0,7
|
0,6
|
0,3...0,2
|
Резервуары чистой воды, заглубленньк
|
2
|
2...0,5
|
0,5...0,2
|
Газгольдеры
|
1
|
0,7
|
0,2
|
Примечание. Избыточное давление 1 кг/см2 соответствует 100 кПа.
Таблица 2.12
Степень разрушения строений при землятресениях, баллы
^
|
Слабые
|
Средние
|
Сильные
|
Кирпичные с ж/б перекрытиями: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей)
|
6...7
5...6
|
7...7,5
6...7
|
7,5...8
7...7,5
|
Те же, антисейсмические: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей)
|
6,5...7,5
6...7
|
7,5...8
7...8
|
8...8,5
8...8,5
|
Каркасы с ж/б перекрытиями: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей)
|
6,5...7,5
5,5...б,5
|
7,5...8
6,5...7,5
|
8...8,5
7,5...8
|
Те же, антисейсмические: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей)
|
7...8
6...7
|
8...8,5
7...8
|
8,5...9
8...8,5
|
Ж/б крупнопанельные: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей)
|
6...7
5...6
|
7...7,5 6...7,5
|
7,5...8
7,5...8
|
Те же, антисейсмические: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей)
|
6,5...7,5
5.5...7
|
7,5...8 7...7,5
|
8...8,5
7.5...8
|
Ж/б каркасные: многоэтажные высотные (более 25 этажей)
|
7...7,5
6,5...7,5
|
7,5...8 7,5...8,5
|
8.-.8,5
8,5...9
|
Ж/б каркасные с большими пролетами
|
7...7,5
|
7,5...8
|
8...8,5
|
Те же, антисейсмические
|
7...8
|
8...8,5
|
8,5...9
|
Здания электростанций
|
7...7,5
|
7,5...8
|
8 .9
|
Те же, антисейсмические
|
7,5...8
|
8...8,5
|
8,5...9,5
|
Подвалы зданий
|
7...8
|
8...9
|
9...10
|
Убежища 3-го класса
|
9...10
|
10...11
|
11...12
|
Быстровозводимые убежища
|
7,5...8,5
|
8,5...9,5
|
9,5...11
|
Водонапорные башни
|
'[6...7
|
7...8
|
8...9
|
Емкости наземные
|
7...7,5
|
7,5...8,5
|
8,5...9.5
|
Воздушные ЛЭП ВН
|
7...8
|
8...8,5
|
8,5...9
|
Антенные устройства
|
6...7
|
7...8
|
8...9
|
Подземные сети
|
9...11
|
11...12
|
|
^
^
|
Этажность
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
20
|
0,3
|
0,6
|
1
|
1,3
|
1,5
|
1,7
|
1,9
|
2,1
|
25
|
0,4
|
0,7
|
1,2
|
1,6
|
1,9
|
2,3
|
2,4
|
2,6
|
30
|
0,5
|
0,9
|
1,5
|
1,9
|
2,2
|
2,8
|
2,9
|
3,1
|
40
|
0,6
|
1,2
|
2
|
2,5
|
3
|
3,7
|
3,8
|
4,2
|
50
|
0,8
|
1,5
|
2,5
|
3,1
|
3,8
|
4,6
|
4,8
|
5,2
|
60
|
0,9
|
1,7
|
3
|
3,8
|
4,5
|
5,6
|
5,8
|
6,2
|
Задача 2.2. Определить характер разрушений и вероятность возникновения завалов в районе воздействия урагана при скорости ветра до 60 м/с.
Решение
По табл. 2.10 (аналогично решению задачи 2.1) определяем, что ветровая нагрузка от урагана такой силы эквивалентна воздействию избыточного давления 50 кПа.
Решение и результаты аналогичны полученным при решении задачи 2.1, но надо использовать табл. 2.14.
^
Тип (конструктивное решение) строения
|
Слабые
|
Средние
|
Сильные
|
Полные
|
Промышленные здания с легким металлическим каркасом или бескаркасные
|
30
|
30...50
|
50...70
|
>70
|
Кирпичные: малоэтажные многоэтажные
|
25 25
|
25...40 25...35
|
40...60 35...50
|
>60
>50
|
Административные здания с ж/б каркасом
|
35
|
35...50
|
50...60
|
>60
|
Крупнопанельные жилые здания
|
30
|
30...40
|
40...50
|
>50
|
Складские кирпичные здания
|
30
|
30...45
|
45...55
|
>55
|
Трансформаторные подстанции
|
45
|
45...70
|
70...100
|
>100
|
Водонапорные башни
|
35
|
35...55
|
55...85
|
>85
|
Резервуары: наземные заглубленные
|
40 45
|
40...55 45...65
|
55 ..70 65...85
|
>70
>85
|
Насосные станции: наземные кирпичные наземные ж/б заглубленные ж/б
|
30 35 40
|
30...40 35...45 40...50
|
40...50 45...55 50...65
|
>50
>55
>65
|
Крановое оборудование
|
40
|
40...55
|
55...65
|
>65
|
Контрольно-измерительная аппаратура
|
25
|
25...35
|
35...45
|
>45
|
Трубопроводы: наземные на эстакаде
|
45 40
|
45...60 40... 50
|
60...80 50...65
|
>80
>65
|
ЛЭП
|
30
|
30...45
|
45...60
|
>60
|
Задача 2.3. Расчет смещения оборудования под действием скоростного напора. Если сила смещения F^ (рис. 2.3) окажется больше суммы сил трения F^ и горизонтальной составляющей силы крепления (усилия болтов на срез) Q, то оборудование может получить сильные, средние или слабые разрушения, то есть ^см > Рте + Q- Если крепление отсутствует, то Q = 0.
Рис. 2.3. Силы, действующие на оборудование при наличии скоростного потока (сила смещения F^ приложена в центре лобовой площадки предмета, то есть в центре давления; вес тела G приложен к центру тяжести оборудования)
Рис. 2.4. Зависимость скоростного напора от величины избыточного давления
Смещающая сила Fсм определяется по формуле Fсм(H) = Cx SPск, где Сx - коэффициент аэродинамического сопротивления лобовой площадки предмета (определяется по справочнику или по табл. 2.15); S (м2) - площадь лобовой поверхности предмета, которая встречает фронт УВВ; Рск - давление скоростного напора на оборудование, кПа (определяется по графику, рис. 2.4).
Сила трения Fтр = fmg, где f - коэффициент трения (определяется по справочнику или по табл. 2.16); m - масса оборудования, кг; g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.
Таким образом, равенство Fсм = Fтр является граничным значением для возможности смещения оборудования при отсутствии крепления. Преобразуя эту формулу путем подстановки, можно определить величину граничного значения скоростного напора:  .
Пример.
Станок ЧПУ стоит на бетонном основании и имеет размеры: длину 1000 мм, ширину 900 мм, высоту 1800 мм и массу 800 кг. Определить предельное значение скоростного напора, не приводящее к смещению незакрепленного станка.
Решение
Коэффициент трения чугуна по бетону f = 0,35 (табл. 2.16), а коэффициент аэродинамического сопротивления Сч = 1,3 (табл. 2.15).
^
^
|
Сх
|
Направление движения воздуха
|
Параллелепипед с квадратным основанием
|
0,85
1,3
|
Перпендикулярно квадратной стороне
Перпендикулярно прямоугольной стороне
|
Куб
|
1,6
|
Перпендикулярно стороне
|
Диск
|
1,6
|
Перпендикулярно диску
|
Пластина-квадрат
|
1,45
|
Перпендикулярно пластине
|
Цилиндр при отношении высоты к диаметру,
равному 1
равному 10
|
0,4
0,2
|
Перпендикулярно оси цилиндра
|
Сфера
|
0,25
|
Перпендикулярно поверхности
|
Полусфера
|
0,8
|
Параллельно плоскости основания
|
Пирамида с квадратным основанием
|
1,1
|
Параллельно основанию и перпендикулярно грани основания
|
Таблица 2.16
Коэффициент трения между поверхностями
^
|
Величина коэффициента трения
|
Наименование трущихся материалов
|
Величина коэффициента трения
|
^
|
При качении
|
Сталь по стали
|
0,15
|
Стальное колесо:
|
Сталь по чугуну
|
0,30
|
по рельсу
|
0,05
|
Металл по линолеуму
|
0,2...0,4
|
по кафелю
|
0,1
|
Металл по дереву
|
0,6
|
по линолеуму
|
0,15...0,2
|
Металл по бетону
|
0,2...0,5
|
по дереву
|
0,12...0,15
|
Чугун по бетону
|
0,35
|
|
|
Дерево по дереву
|
0,4...0,6
|
Подставив эти значения в формулу, получим:
Рск = 0,35*800*9,81 / (1,3*0,9*1,8) = 1 300 Па = 1,3 кПа.
Чтобы узнать, при каком избыточном давлении может произойти смещение, надо воспользоваться графиком, рис. 2.4. Давлению скоростного напора 1,3 кПа соответствует избыточное давление 20 кПа.
Задача 2.4. Расчет опрокидывания оборудования под действием УВВ (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Момент сил, приводящий к опрокидыванию оборудования
Опрокидывающий момент создается силой F^, действующей на плече Z = 0,5h. Противодействующий момент создается весом оборудования G на плече L/2 и реакцией крепления болтов на разрыв Q на плече L. Опрокидывание произойдет, если выполняется соотношение (при отсутствии крепления оборудования): FсмZ ≥ G L/2
Точки приложения сил смещения, веса (центр лобовой площадки, центр тяжести), расчетные формулы и их величины те же, что и в задаче 2.3. Таким образом, величина скоростного напора, достаточная для опрокидывания объекта, определяется формулой:
Найдем предельное значение избыточного давления, при котором станок еще не опрокинется.
Решение
Предельное значение скоростного напора составит:
Зная величину предельного скоростного напора, по графику на рис. 2.4 определяем соответствующее значение избыточного давления, равное 25 кПа.
Таким образом, если избыточное давление во фронте ударной волны превысит 25 кПа, то станок будет опрокинут и получит средние разрушения.
Задача 2.5. Расчет инерциальных разрушений элементов оборудования от действия ускорений, полученных за счет ударной волны или при падении. Элемент оборудования, обладая массой и упругостью, под действием инерционных сил может получить повреждения в виде нарушения паек, отрыва элементов схем, соединительных проводов и т. п. Зависимость лобового давления (Рлоб) от величины избыточного давления УВВ представлена в виде графика, рис. 2.6. Величину лобовой силы можно определить по формуле Fлоб = (Рф + Рск)S, где S - площадь поверхности, на которую действуют скоростной напор и избыточное давление УВВ, м2. Сила инерции определяется выражением: ma = Fлоб – Fтр - Q, где m - масса аппаратуры, кг; а - ударное ускорение, м/с2; F - сила трения; Q - реакция крепления, выраженная в ньютонах.
Для решения задачи необходимо задаться значением допустимого ударного ускорения а, не приводящего к инерциальным разрушениям, а затем определить, какому лобовому давлению это соответствует.
Рис. 2.6. Зависимость лобового давления от величины избыточного давления
Пример.
Имеется прибор длиной 400 мм, шириной 420 мм, высотой 720 мм и массой 60 кг с допустимым ускорением при ударе 100 м/с2. Найти избыточное давление во фронте УВВ, при котором он не получит инерциального разрушения.
Решение
Лобовая сила, воздействие которой не должно приводить к выходу прибора из строя: Fлоб = maдоп = 60*100 = 6 000 Н.
Лобовое давление, которое может выдержать прибор:
Рлоб = Fлоб / S = 6 000 / (0,42*0,72) = 20 кПа.
По графику, рис. 2.6, определяем величину избыточного давления, равную 22 кПа.
Следовательно, при воздействии на прибор избыточного давления во фронте УВВ более 22 кПа он получит сильные разрушения от инерционных перегрузок.
|
