Ударні впливи на будівлі та споруди

Під ударом розуміють динамічне контактна взаємодія різних тіл. Аварійні ударні навантаження на будівлі та споруди, так само як сейсмічні та аварійні вибухові, відносять до особливих впливів, так як вони характеризуються високою інтенсивністю і рідкісної повторюваністю. За різними оцінками втрати від аварійних ударів складають від десятків до сотень мільйонів доларів на рік, крім того, вони нерідко супроводжуються загибеллю людей.

Аварійні удари можуть мати місце в різних областях техніки, у тому числі в промисловому, цивільному, енергетичному, транспортному та інших галузях будівництва. Практика показує, що зростання числа і різноманітності видів аварійних ударних впливів становить 10-30% на рік.

Удар може виникнути, наприклад, при зведенні багатоповерхового будинку або багатоярусного або високого споруди при аварійному обриві стропа, при недбалому закріпленні вантажу, необережному повороті стріли крана і т.д.

Аварійним впливам піддаються конструкції вбудованих етажерок одно- і багатоповерхових промислових будівель з вертикальним технологічним процесом при падінні вантажів, які переносяться мостовими або підвісними кранами, якими зазвичай обладнуються такі будівлі.

Горизонтальним ударам піддаються колони гаражів, опори промислових і транспортних естакад, стійки вуличних ліхтарів при наїздах транспортних засобів, опори мостів і причальних конструкцій при навалі судів та ін.

З урахуванням тяжкості наслідків особливу групу споруд, що піддаються цілому набору аварійних ударних впливів, складають унікальні і дорогі об'єкти типу АЕС і морських нафтогазопромислових споруд (платформ).

Захисні оболонки АЕС - найбільш відповідальні елементи цих споруд - розраховуються на падіння літака при авіакатастрофі, удари об'єктами, які переносяться ураганами, а також на внутрішні ударні впливи, що виникають при аваріях в системах забезпечення реактора і при завантаженні ядерного пального.

Морські платформи нафтовидобутку піддаються ударам судів, крижин, айсбергів, а також падаючих елементів бурового та експлуатаційного обладнання.

Існують ще дві великі групи аварійних ударів: перший складають удари, викликані розльотом елементів обладнання і конструкцій при внутрішніх промислових вибухах, другу - удари, викликані обваленням конструкцій або обладнання при землетрусах або зовнішніх вибухах.

Нарешті, постійним джерелом аварійних ударів є будівництво із збірних елементів, превалювали протягом багатьох років у нашій країні і що стає все більш популярним за кордоном. Вертикальні удари монтуваннями елементами, що виникають внаслідок несправностей монтажного обладнання, зазвичай ведуть до прогресуючого обвалення будівлі, що зводиться або його частини. Досить поширені також горизонтальні удари збірними елементами по зведеної частини, обумовлені невдалим маневруванням монтажного крана.

Більшість аварійних ударів наноситься тілами (ударниками) значної маси (до декількох тонн) з відносно малими швидкостями (м / с, десятки м / с). З позицій реакції конструкції це відрізняє аварійні удари від добре вивчених військовими інженерами високошвидкісних ударів бомб і снарядів щодо захисних споруд, оскільки дозволяє використовувати для розрахунку методи, що базуються на уявленнях класичної динаміки. Разом з тим вимоги до схоронності конструкцій і споруд, що зазнають аварійні удари, близькі до вимог для впливів на конструкції, де можуть бути допущені значні пластичні деформації. Основною відмінністю тут є те, що в разі ударів необхідно враховувати не тільки загальні, а й місцеві (локальні) деформації та пошкодження, які можуть стати причиною відмови конструкції. Під відмовою в останньому випадку розуміється пробивання конструкції (рис. 3.2, а) або відкол її частини (рис. 3.2, б), який має місце в залізобетонних плитах і оболонках в результаті виникнення відбитої від нижньої поверхні хвилі розтягування. Відколюється бетонний фрагмент може виконувати роль вторинного ударника і становити небезпеку для знаходяться під конструкцією людей і устаткування.

Схема локальних граничних станів при ударі по плиті

Рис. 3.2. Схема локальних граничних станів при ударі по плиті: а - пробивання; б - відкол частини конструкції

Кордон безпеки при загальному дії удару визначається співвідношенням відповідно до нерівності (3.2); при цьому максимальне переміщення визначається з динамічного розрахунку. При місцевій дії удару по залізобетонній плиті або оболонці відповідне умова виглядає наступним чином

(3.3)

де b - товщина конструкції; bмін - мінімальна (порогова) товщина конструкції, при якій ще не відбувається відколу. Величину bмін знаходять з співвідношень:

(3.4)

(3.5)

де; R - Кубікова міцність бетону; d - діаметр зони контакту (ударника); M s - маса ударника; V 0 - швидкість ударника в момент зіткнення з конструкцією; N - коефіцієнт, залежний від форми носової частини ударника.

Допустима товщина конструкції приймається більшою з певних за умовами (3.4) і (3.5).

Особливий випадок представляє визначення кордону безпеки залізобетонних колон, що піддаються ударам в нижній частині (від транспортних засобів):

(3.6)

де F М.Д (t) - максимальне динамічне осьове зусилля в стислій похилій смузі між тріщинами (рис. 3.3); Fпред - граничне зусилля, що відповідає початку руйнування бетону стиснутої зони.

Схема тріщиноутворення залізобетонної колони при ударі в нижній її частині

Рис. 3.3. Схема тріщиноутворення залізобетонної колони при ударі в нижній її частині

Визначення межі безпечного стану може також здійснюватися на основі аналізу ризику. Ризик відмови конструкції або споруди зазвичай визначають по формулі

(3.7)

де Р 1 - вірогідність виникнення аварійної ударного навантаження, що визначається за законом Пуассона; Р 2 - ймовірність ураження розглянутій конструкції; Р 3 - ймовірність досягнення в даній конструкції хоча б одного граничного стану (загального, локального), яка може бути прийнята рівною одиниці, якщо граничний стан наступило, і нулю, якщо немає.

Захист від аварійних ударів, як і інших особливих динамічних дій, може бути пасивною і активною.

Пасивна ударозащіта зводиться до посилення елементів для сприйняття додаткових зусиль, викликаних ударною динамічним навантаженням. Конструктивні схеми елементів і будівель в цілому принципово не змінюються.

Якщо посилення є економічно неефективним (огляду на малу можливість аварійних ударів) або неможливим з інших причин, доцільно використовувати методи активної ударозащіти, спрямовані на погашення енергії удару. При цьому в конструктивну схему елемента або споруди можуть бути введені додаткові елементи або вона може бути змінена. На рис. 3.4, а наведено приклад активної ударозащіти опор транспортної естакади у вигляді тонкостінних металевих циліндрів (бочок), посилених з підстав перехресними металевими тяжами. На рис. 3.4, б запропонований варіант, в якому роль уловлювача падаючого вантажу, що пробиває полку залізобетонної плити перекриття, грає металева мембрана. Кріплять мембрану до перекриття тяжі з м'якої сталі відіграють роль елементів, що поглинають енергію удару.

Приклади активної ударозащіти конструкцій

Рис. 3.4. Приклади активної ударозащіти конструкцій:

1 - захищає елемент; 2 - опора; 3 - монолітний бетон; 4 - збірна залізобетонна панель перекриття; 5 тяж; 6 - металева мембрана

Рішення про вибір типу захисту здійснюється на основі техніко-економічного обґрунтування в кожному конкретному випадку.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >