Противибуховий захист. Призначення та галузь застосування легкоскидних конструкцій.

Противибуховий захист будівель та споруд

Досвід експлуатації будівель виробничого призначення засвідчує, що в окремих випадках внаслідок аварій, порушення режиму експлуатації технологічного обладанння чи недотримання техніки безпеки під час виконання робіт виникають вибухи, які супроводжуються загибелю людей, руйнуванням будівельних конструкцій та технологічного обладнання.

Вибух – це швидке екзотермічне хімічне перетворення вибухонебезпечного середовища, що супроводжується виділенням енергії і утворенням стиснених газів, здатних виконувати роботу. (ГОСТ 12.1.010-76* ССБТ.Взрывобезопасность. Общие требования.)

Вибух може бути викликаний детонацією у разі спроможності (схильності) речовин до фізичного розкладу або швидким згорянням (за соті чи десяті долі секунди) газо-, паро- та пилоповітряних сумішей під час хімічних перетворень.

До небезпечних параметрів вибуху відносять: температуру, тиск, швидкість нарощування тиску, швидкість розповсюдження горіння, час вибуху.

Виділення великої кількості енергії під час вибуху за невеликий проміжок часу (0, 05-0, 6сек) супроводжується миттєвою зміною тиску в об’ємі приміщення. Навантаження на огороджувальні конструкції під час вибуху досягає сотень тисяч Паскалей.

Для прикладу наведу дані про максимальний тиск вибуху пароповітряних, газоповітряних та пилеповітряних сумішей ряду речовин:

Ацетилен — P_max = 10, 3 × 10⁵ Па,

Водень — P_max = 7, 39 × 10⁵ Па,

Метан — P_max = 7, 2 × 10⁵ Па,

Пропан — P_max = 8, 6 × 10⁵ Па,

Етиловий спирт — P_max = 7, 45 × 10⁵ Па,

Алюмінієва пудра — P_max = 11, 6 × 10⁵ Па,

Вугільний пил — P_max = 4, 2 × 10⁵ Па.

Зважаючи на те, що димустимий тиск для конструкцій, при якому вини зберігають несучу чи огороджувальну здатність, значно менший тиску, що розвивається під час вибуху, відбувається часткове або повне руйнування будівель.

В залежності від величини надлишкового тиску на конструкції прийнято розрізняти 3 ступеня часткового руйнування будівель.

Слабкий ступінь руйнування – виникає у випадку, коли значення надлишкового тиску на конструкції під час вибуху не перевищує 5 кПа (∆ Р_в≤ 5кПа), характеризується руйнуванням осклення, легких перегородок, вскриттям легкоскидних конструкцій, дверей, воріт.

Середній ступінь руйнування – виникає у випадку, коли значення надлишкового тиску на конструкції під час вибуху знаходиться в межах 5 - 50 кПа (5кПа≤ ∆ Р_в≤ 50кПа), характеризується руйнуванням плит покриття, перекриттів, покрівлі, цегляних стін завтовшки до 51 см, бетонних стін завтовшки до 26 см.

Сильний ступінь руйнування – виникає у випадку, коли значення надлишкового тиску на конструкції під час вибуху знаходиться в межах 50 - 100 кПа (50кПа≤ ∆ Р_в≤ 100кПа), характеризується руйнуванням будівель зі стелевим каркасом, цегляних стін завтовшки до 64 см, бетонних стін завтовшки до 36 см.

При перевищенні значення надлишкового тиску на конструкції під час вибуху понад 100 кПа (∆ Р_в≥ 100кПа) відбувається повне руйнування будівель, як цегляних, так і залізобетонних.

Збереження цілісності будівель під час вибуху має велике значення, адже лише в такому разі забезпечується можливість збереження життя та здоров’я людей, які знаходяться всередині та поблизу будівлі.

В силу цього, зазначений в ДСТУ 2272-93 термін «противибуховий захист» (далі-ПВЗ), означає комплекс організаційних заходів та технічних засобів, спрямованих на запобігання дії на людей небезпечних факторів вибуху.

Для забезпечення противибухового захисту будівель необхідно створити умови, за яких значення надлишкового тиску, що виникає під час вибуху, не буде перевищувати значення допустимого тиску для конструкцій:

∆ Р_в≤ ∆ Р_доп

Знизити тиск під час вибухів у виробничих приміщеннях до величин, безпечних для міцності та стійкості основних несучих конструкцій будівель, дозволяє застосування легкоскидних конструкцій.

Схема зміни тиску під час вибуху в закритому об’ємі та за наявності легкоскидних конструкцій наведена на малюнку.

Мал. Схема зміни тиску під час вибуху

1- в замкненому об’ємі;

2- в приміщенні з легкоскидними конструкціями;

t_вн – тривалість вибуху до початку вскриття легкоскидних конструкцій;

t_в – розрахункова тривалість вибуху

t_вп – повна тривалість вибуху

Швидкість зростання тиску залежить від фізико-хімічних властивостей вибухонебезпечних сумішей та співвідношення лінійних розмірів, які характеризують об’єм приміщення.

Допустимий надлишковий тиск для конструкцій під час вибуху ∆ Р_доп може бути визначений експериментально або розрахунком. Якщо застосування легкоскидних конструкцій забезпечує зниження навантажень до 5 кПа, то перевірка несучої здатності під час вибуху існуючих основних конструкцій не потрібна.

У випадку ∆ Р_доп> 5 кПа необхідно виконувати розрахунок вибухової стійкості конструкцій, передбачаючи у разі необхідності їх зміцнення. В практичних розрахунках з метою локалізації можливого вибуху в межах одного приміщення рекомендовано приймати ∆ Р_доп= 3 кПа для приміщень з легкими перегородками та ∆ Р_доп= 5 кПа з перегородками з цегли або бетону.