ГОСТ Р 70400.3-2023 Промышленность боеприпасов и спецхимии. Кабины перфорированные защитные для взрывоопасных производств. Технические требования и оценка прочности

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ БОЕПРИПАСОВ И СПЕЦХИМИИ

Кабины перфорированные защитные для взрывоопасных производств. Технические требования и оценка прочности

Издание официальное

Москва Российский институт стандартизации 2023

Предисловие

• 1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом «Красноармейский научно-исследовательский институт механизации» (АО «КНИИМ»)

• 2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 485 «Производственные объекты и процессы промышленности боеприпасов и спецхимии»

• 3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 августа 2023 г. № 714-ст

• 4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

© Оформление. ФГБУ «Институт стандартизации», 2023

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

• 1 Область применения

• 2 Нормативные ссылки

• 3 Термины и определения

• 4 Сокращения и обозначения

• 5 Технические требования

• 6 Расчет параметров нагружения ограждающих конструкций кабины при взрыве заряда внутри нее

• 6.1 Расчет действующего квазистатического давления

• 6.2 Расчет действующего квазистатического импульса и времени действия квазистатической нагрузки

• 6.3 Расчет коэффициентов перфорации для типовых структур

• 7 Расчет на прочность перфорированных панелей

• 7.1 Расчет на прочность упругодеформируемой балки при действии квазистатической нагрузки

• 7.2 Расчет на прочность балки в условиях упругопластических деформаций при действии квазистатической нагрузки

• 8 Расчет на прочность железобетонных кабин с использованием перфопанелей взамен двориков

• 9 Расчет параметров взрывных нагрузок за пределами перфорированной кабины

Приложение А (справочное) Пример расчета монолитной железобетонной кабины с перфопанелью взамен дворика

ГОСТ Р 70400.3—2023

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ БОЕПРИПАСОВ И СПЕЦХИМИИ

Кабины перфорированные защитные для взрывоопасных производств. Технические требования и оценка прочности

Ammunition and special chemistry industry. Perforated protective firing chambers for explosives facility sites. Technical requirements and strength evaluation

Дата введения — 2024—04—01

• 1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод расчета на прочность защитных кабин, изготовленных на основе перфорированных элементов, на действие квазистатических нагрузок, образованных при взрыве заряда внутри объема с ограниченным выхлопом продуктов детонации.

Настоящий стандарт распространяется на монолитные железобетонные кабины, имеющие одну или несколько поверхностей, выполненных на основе перфорированных панелей, и на кабины, полностью изготовленные из перфорированных панелей.

Кабина, выполненная с использованием перфорированных панелей, в случае взрыва заряда внутри нее способна полностью удержать осколки, ослабить воздушную ударную волну до заданного уровня. Перфорированные панели могут использоваться взамен двориков по ГОСТ Р 56298.

Стандарт предназначен для применения специалистами проектных и технологических организаций, проектирующих защитные сооружения для обеспечения безопасности персонала, зданий, сооружений и технологических процессов производства взрывчатых веществ, взрывчатых материалов и изделий военной техники на их основе.

• 2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 7473 Смеси бетонные. Технические условия

ГОСТ Р 56297 Кабины железобетонные защитные для взрывоопасных производств. Технические требования и оценка прочности

ГОСТ Р 56298 Дворики железобетонные защитные. Технические требования и оценка прочности

ГОСТ Р 70400.1 Промышленность боеприпасов и спецхимии. Термины и определения

СП 63.13330.2018 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил) в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

Издание официальное

• 3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 70400.1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

• 3.1 перфорированная кабина (perforated firing chamber): Кабина, у которой одна или несколько ограждающих поверхностей выполнены на основе перфорированных преград.

• 3.2 перфорированная панель; перфопанель (perforated panel): Плоский элемент перфорированной преграды, выполненный из металлопроката различного профиля, обеспечивающий снижение запреградного действия ВУВ и улавливание осколков.

• 3.3 защитное сооружение (protective structure): Сооружение, препятствующее непреднамеренному доступу персонала в зону действия опасного производственного фактора (осколки, ВУВ, тепловое излучение и т. п.), а также предназначенное для полной или частичной локализации случайного взрыва (загорания) и их запреградного действия (к защитным сооружениям относятся: кабины, взрывные камеры, дворики и т. д.).

• 3.4 защитное устройство (protective device): Конструкция, располагаемая на пути распространения поражающих факторов взрыва (пожара), предназначенная для снижения либо локализации действия этих факторов (к защитным устройствам относятся: земляные валы, траверсы, экраны, лабиринты, локализаторы, защитные двери, защитные ворота, шиберы, перфорированные преграды, противоосколочные навесы и т. д.).

• 4 Сокращения и обозначения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения и обозначения:

ВУВ — воздушная ударная волна;

К — консоль;

ШО — шарнирно-опертая балка;

ЗШ — балка с одним защемленным и другим шарнирно-опертым концами;

• 33 — балка с двумя защемленными концами;

• а, а' — толщина защитного слоя бетона в сжатой и растянутой зонах, м;

• а, — размер сквозного отверстия в перфопанели для выхлопа газов, м;

• а₀ — скорость звука в воздухе, м/с;

• 4_SX, A_sy— площади растянутой арматуры вдоль осей ОХ и OY, м²;

• В, Н, L — внутренние размеры кабины: ширина, высота, длина, м;

• b — ширина балки (поверхность, воспринимающая нагрузку), м;

bj— размер сквозного отверстия в перфопанели для выхлопа газов, м;

^сэкв — масса заряда взрывчатого вещества в тротиловом эквиваленте, кг;

Cj— безразмерный коэффициент;

c_N, c_f— безразмерные коэффициенты;

Е — модуль упругости материала балки, Па;

F— приведенная площадь стены, м²;

F_0TB — площадь сквозных отверстий в перфопанели, м²;

F_np — площадь перфопанели, м²;

f_Q — максимальный прогиб балки, м;

Ар Ч — предельные прогибы железобетонной стены кабины по первой, второй и третьей стадиям, м;

f_max — максимальный прогиб железобетонной стены кабины, м;

/?_пп — высота перфопанели, м;

/?_ст — толщина стены (перекрытия) кабины, м;

h — высота сечения балки, м;

h_Q — толщина стены (перекрытия) кабины без защитного слоя, м;

/_кс — квазистатический импульс, Па • с

/'*— приведенный импульс;

/_кс — безразмерный квазистатический импульс;

J— момент инерции сечения балки, м⁴;

L — длина балки, м;

/— ширина перфопанели (проема), м;

М_пр— приведенная масса стены, кг;

т — масса единицы поверхности стены, кг/м²;

т_х, т_у— погонные изгибающие моменты линейных шарниров вдоль осей ОХ и OY, Н;

m_d— погонный изгибающий момент диагональных линейных шарниров, Н;

N — поперечная сила в опорном сечении балки, Н;

л_а — коэффициент повышения прочности арматуры при динамическом нагружении;

Pj — относительное квазистатическое давление;

Р_кс — квазистатическое давление, Па;

Р_о — атмосферное давление при нормальных условиях, Па;

Р_соп— сила внутреннего сопротивления стены (перекрытия), Н;

Р_ст— приведенная сила внешнего нагружения, обусловленная действием квазистатического давления, Н;

Р*— приведенное квазистатическое давление;

R— расстояние от центра массы сферического заряда до расчетной точки стены (перекрытия), м;

R_s — нормативное сопротивление арматуры, Па;

/?§ — динамическое расчетное сопротивление арматуры, Па;

S — площадь поперечного сечения балки, м²;

/_кс— время действия квазистатической нагрузки;

7_КС — относительное время действия квазистатической нагрузки;

• V— внутренний объем кабины, м³;

• И/— момент сопротивления сечения балки, м³;

• ^zbh — плечо внутренней пары сил, м;

• a,-, а_р— безразмерные коэффициенты;

• 8j— расстояние между прутками арматуры, м;

• г| — относительное расстояние;

• р — плотность материала, кг/м³;

• <з_т — максимальное напряжение в сечении балки, Па;

оД — динамический предел текучести материала балки, Па;

• о_т— предел текучести материала балки, Па;

• <т_у — предел упругости материала балки, Па;

• о* — приведенное значение относительного напряжения;

• [о] — допускаемое напряжение материала балки, Па;

• Ф — коэффициент перфорации;

(р_;-, <р_р, <р_е ср^ — безразмерные коэффициенты.

• 5 Технические требования

• 5.1 Кабины перфорированные защитные для взрывоопасных производств должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по проектной документации, утвержденной в установленном порядке.

• 5.2 В промышленности и на испытательных площадках используются следующие типы перфорированных кабин:

• - кабины, ограждающие поверхности которых выполнены из перфорированных панелей;

• - кабины железобетонные с использованием перфорированных панелей в качестве не разрушаемых поверхностей вместо крыши и на месте вышибного окна взамен двориков.

• 5.3 Для кабин, полностью выполненных из перфорированных панелей (см. рисунок 1), рекомендуется руководствоваться следующими техническими требованиями:

• - кабины изготавливаются в виде цилиндра, либо в виде многогранной (6—8 и более граней) призмы, что обеспечивает наиболее равномерное распределение нагрузок на внутренние поверхности перфорированных панелей;

• - при изготовлении перфорированных панелей используется материал из любого стандартного профиля (двутавр, рельс, швеллер, угловая, круглая, квадратная, шестигранная и другие стандартные профили сталей);

• - при изготовлении перфорированных панелей профильная сталь распределяется таким образом, чтобы коэффициент перфорации обеспечивался в пределах 10—13 %;

• - перфорированные панели, образующие стены кабины, должны опираться на колонны, которые устанавливаются на анкерные болты;

• - колонны на уровне пола и перекрытия должны иметь обвязку из металлопроката на номер выше, чем структурный элемент перфорированной панели;

• - нижняя часть перфорированных панелей должна быть замоноличена в фундамент на глубину, обеспечивающую жесткое защемление балок;

• - кабина должна иметь не менее трех обвязок, выполненных в виде бандажей; дополнительно кабина может быть усилена обвязками из стального троса диаметром от 18 до 22 мм с числом витков не менее 10;

• - для обеспечения теплового режима кабина может быть оснащена легко разрушаемыми утеплительными элементами;

• - входной проем должен выполняться в виде лабиринта для исключения сквозного выброса продуктов детонации и осколков.

• 5.4 Технические требования к кабинам железобетонным с использованием перфорированных панелей взамен двориков (см. рисунок 2) должны соответствовать требованиям настоящего стандарта и ГОСТ Р 56297.

Внутренний объем сооружения и расчетная масса эквивалентного источника должна удовлетворять соотношению

V

^сэкв

где V — внутренний объем сооружения, м³;

^сэкв — эквивалентная масса сферического заряда, кг.

Рекомендуется не применять при строительстве кабин бетон класса ниже В15.

• 5.5 При размещении взрывоопасного материала внутри кабин должно обеспечиваться следующее условие: расстояние R от центра массы взрывоопасного продукта до ближайшей ограждающей поверхности должно быть не менее

R > 0,34^с^7 (2)

Выбор конструкции перфопанелей, используемых при проектировании кабин, и оценка их прочности проводится на основании настоящего стандарта.

• 6 Расчет параметров нагружения ограждающих конструкций кабины при взрыве заряда внутри нее

При расчете прочности элементов перфорации используются следующие параметры их нагружения: - квазистатическое давление Р_кс, Па;

• - квазистатический импульс /_кс, Па ■ с;

• - время действия квазистатических нагрузок f_KC, с.

Расчет параметров квазистатических нагрузок в кабинах проводится на основе графоаналитических методов.

• 6.1 Расчет действующего квазистатического давления

Квазистатическое давление Р_кс, кПа, образованное за счет наполнения объема кабины продуктами взрыва, определяют по следующим формулам:

-при 0,001 <£^.<0,037, кг/м³ z \0,99

Р_кс = 5800 • ,

где V — внутренний объем кабины, м³

-при 0,037 <^.<3,0, кг/м³

Z

Р_кс=1600- .

ки I I

1 — камера; 2 — перфопанель; 3 — модульный элемент; 4 — потолочное перекрытие; 5 — тамбур; б — бандаж; 7 — дверь

Рисунок 1 — Перфорированная кабина

Разрез

1 — перфопанель; 2 — легко разрушаемый утеплительный элемент; 3 — вышибная поверхность; 4 — проем; 5 — защитная дверь

Рисунок 2 — Железобетонная кабина с перфопанелью

• 6.2 Расчет действующего квазистатического импульса и времени действия квазистатической нагрузки

Квазистатический импульс /_кс, Па-с, образованный действием квазистатического давления, и время действия квазистатической нагрузки ?_кс определяют по следующим формулам: где /_кс — безразмерный квазистатический импульс;

Р_о — атмосферное давление при нормальных условиях, равное 1,013 • 10⁵ Па;

а₀ — скорость звука в воздухе, равная 340 м/с;

F_0TB — площадь сквозных отверстий в перфопанели, через которые происходит сброс давления, м².

где /_кс — относительное время действия квазистатической нагрузки.

где — относительное квазистатическое давление.

Г_кс = 0,4695 In Ру

^"ОТВ <Р ^”пр’ где F_np — площадь перфопанели, м²;

Ф — коэффициент перфорации.

• 6.3 Расчет коэффициентов перфорации для типовых структур

Ниже приведены примеры расчета коэффициентов перфорации ф для наиболее характерных структур.

На рисунках 3—7 показаны поперечные сечения перфопанелей.

Высота перфопанели выбирается согласно проектной документации.

• 6.3.1 Перфорированная панель

  

  Рисунок 3— Перфорированная панель

  
  

Е^отв/ 0,785.fd?

<p = ----=------!=3—

^~пр I ' ^пп

где dj — диаметр /-го отверстия;

I — ширина перфопанели, м;

/7_ПП — высота перфопанели, м;

/= 1...Л — количество отверстий.

6.3.2 Перфорированная преграда из балок круглого профиля

Рисунок 5 — Перфорированная преграда с гнездовым расположением уголков

У ^отв/ У $/ /=1_ /=1

где / — ширина проема, м;

N — параметр, зависящий от расположения уголков в плане:

N = 2 при d = 1,4 ■ д/, м;

N = 4 при d = 2,8 ■ м.

• 6.3.4 Перфопанель с последовательным расположением уголков

  

  п п

  2>отв, Ха,.

  Ч> = ^7---= ^—, (14)

  'пр '

  
  

где / — ширина проема, м.

• 6.3.5 Перфопанель с двутавровыми элементами

  
  
  
  
  
  

1

п 2£а, /=1

где dj, bj, c_jt dj — размеры сквозных отверстий для выхлопа газов, м.

Примечание — Формула (15) применима при с, > Ь,-.

• 7 Расчет на прочность перфорированных панелей

Перфопанели изготавливаются в виде набора элементов, представляющих собой балки из различных металлических профилей (цилиндры, двутавры, швеллеры, уголки и т. п). Несущая способность перфопанелей зависит от прочности элементов, из которых они изготовлены, при действии квазистатических нагрузок.

Расчеты на прочность элементов перфопанели проводятся на основе графического метода из предположения, что нагрузка равномерно распределена по всему пролету балки длиной L.

7.1 Расчет на прочность упругодеформируемой балки при действии квазистатической нагрузки

Расчет на прочность упругодеформируемой балки при действии квазистатической нагрузки производится с помощью диаграммы «изоповреждений», представленной на рисунке 8 для плоского изгиба упругодеформируемой балки.

На рисунке 8 по оси ординат отложен приведенный импульс

I* _ ^ZKC • Ь • /7 ос i * • Е • J • S

где /_кс — квазистатический импульс, Па • с;

b — ширина балки (поверхность, воспринимающая действующую нагрузку), м; h — высота сечения балки, м;

а. — безразмерный коэффициент;

р — плотность материала балки, кг/м³;

Е — модуль упругости материала балки, Па;

J — момент инерции сечения балки, м⁴;

S — площадь поперечного сечения балки, м².

По оси абсцисс на рисунке 8 отложено приведенное квазистатическое давление

р* _ ^кс b ■ h ■ L a_pEJ

где Р_кс — квазистатическое давление, Па;

L — длина балки, м;

а_р — безразмерный коэффициент.

На рисунке 8 обозначены безразмерные коэффициенты:

Lh-N

Порядок расчета проводится по следующей схеме:

• - по формулам (16) и (17) рассчитываются приведенные давление и импульс /*, Р*;

• - по положению этой точки на диаграмме рисунка 8 определяют приведенное значение относительного напряжения, возникающего в сечении балки

_а*₌£т.₁₀з Е

где (5_т — максимальное напряжение, возникающее в сечении балки, Па.

Если точка располагается между кривыми о*, то значение относительного напряжения определяют с помощью линейной аппроксимации данных.

Решая выражение (20) относительно о_т, получают максимальное напряжение в поперечном сечении балки. Прочность балки определяют неравенством

(21)

где [о] — допускаемое напряжение материала балки, Па.

Ы = -Л (22)

где о_у — предел упругости материала балки, Па;

п — заданный запас прочности.

Используя соответствующие безразмерные численные коэффициенты а,-, а_р, представленные в таблице на рисунке 8, можно решить задачу оценки прочности балок при ударно-волновом нагружении с различными условиями ее крепления на концах.

Численные значения безразмерных коэффициентов c_N, c_f для различных условий крепления балки, представленные в таблице на рисунке 8, позволяют по формулам (23), (24) определить максимальное значение поперечной силы N, Н в опорных сечениях балки и прогиб f₀, м:

д! _ ^CN .

Lh ’

^f°⁼ Eh '

• 7.2 Расчет на прочность балки в условиях упругопластических деформаций при действии квазистатической нагрузки

Для расчета балки при работе ее в условиях упругопластических деформаций используется диаграмма «изоповреждений», представленная на рисунке 9.

По оси ординат отложен приведенный импульс

по оси абсцисс — приведенное давление

* ^ркс^Ь1-²

Р = -------, (26)

<Р_р °? И/

где <5^ — динамический предел текучести материала балки, Па;

W — момент сопротивления сечения балки, м³.

оД=1,2о_т, (27)

где о_т — предел текучести материала балки, Па.

По расположению точки с координатами /*, Р* на рисунке 9, методом линейной аппроксимации определяют величину приведенной деформации г*_т. С другой стороны величина равна

* J ' Е'

^еП7 = ---------------•

(р_е • h • И/ • суД

Решая выражение (27), определяют величину относительной деформации

_ • (р_£ • /? • И/ - о?

По найденному значению максимальной относительной деформации можно определить максимальный прогиб балки f₀, м

2

_{f =} VfoL е_{т (30)}

п

Прочность балки оценивают соотношением

f₀ < 0,0525 • L,

что соответствует максимально допустимому углу прогиба стальной балки 6° или 0,1047 рад.

10'⁵1______I I I L-LL111______I..........I______I___1—1—LLLLLl______I—I I 1 1 I III------1—I I 1_Ш±1_

Ю’⁵ чет⁴ 10'³ Ю’² icr¹ ю°

Рисунок 8 — Максимальные напряжения, поперечные силы и прогибы при упругом изгибе балок под действием взрывной нагрузки

Рисунок 9 — Диаграмма для упругопластического изгиба балок под действием взрывной нагрузки

• 8 Расчет на прочность железобетонных кабин с использованием перфопанелей взамен двориков

Прочность ограждающих поверхностей кабины (задней, боковых стен и покрытия) выполненных из железобетона с использованием перфопанелей взамен двориков характеризуется следующими тремя предельными стадиями:

• - первая предельная стадия характеризуется отсутствием трещин в бетоне и наличием у элементов конструкции только упругих прогибов f_v Кабины по 1-й предельной стадии рассчитываются на многократный взрыв;

• - вторая предельная стадия характеризуется прогибами, превышающими упругие f₂, при которых возникающие в растянутой зоне трещины не нарушают герметичности конструкции. Кабины по 2-й предельной стадии рассчитываются на однократный взрыв. Возможность дальнейшей эксплуатации кабины устанавливает экспертная комиссия;

• - третья предельная стадия характеризуется прогибами Г₃, при которых из-за раскрытия в бетоне трещин нарушается герметичность кабины, но взрыв локализуется внутри кабины. Кабина по 3-й предельной стадии рассчитана на однократный взрыв. Дальнейшее использование кабины исключается.

Предельные прогибы для всех трех стадий определяют из следующих соотношений:

fl = - f₃

• ¹ 5 ³

f₂ = -f₃

• ² 5 ³

f₃=0,0175/_min

где /_mjn — наименьший размер стены в плане, м.

Максимальный прогиб стены (перекрытия) определяют по формуле

^пр

где М_пр — приведенная к системе с одной степенью свободы масса стены (перекрытия), кг;

Р_соп — сила внутреннего сопротивления стены (перекрытия), Н;

Р_ст — приведенная сила внешнего нагружения, обусловленная действием квазистатического давления, Н;

/ — мгновенный равномерно распределенный импульс, Па ■ с;

т = р • /?_ст — масса единицы поверхности стены (перекрытия), кг/м² (р — плотность материала стены, кг/м³; /7_СТ — толщина стены (перекрытия), м).

^Рст=^Ркс^р (34)

где F — приведенная площадь стены (перекрытия), м².

Кинематическая схема разрушения стен (перекрытия), выполненных из железобетона, принимается согласно рисунку 10.

Приведенную площадь стены (перекрытия) при определении силы нагружения при действии квазистатического давления определяют по формуле

F = В Н--В².

3

Приведенную массу стены (перекрытия) определяют по формуле

.. 1 _ г,, г-»! ¹ В⁴

М_пр =—■ т -В [Н - В] + --т —^,

где В, Н — геометрические размеры по рисунку 10, м.

Силу внутреннего сопротивления стены (перекрытия) определяют по формуле

^соп =4~[2Н-В] + 4п7_у+4m_d,

где т_х, т_у — погонные изгибающие моменты линейных шарниров вдоль осей ОХ и OY по рисунку 10, Н; m_d — погонный изгибающий момент диагональных линейных шарниров.

Погонные изгибающие моменты вдоль осей OX, OY определяют по формулам:

^mx=^Rs ^Asx~-''

т_у = R« ■ A_sy

где = п_а ■ R_s — динамическое расчетное сопротивление арматуры при растяжении, Па (л_а =1,3 — коэффициент повышения прочности арматуры при динамическом нагружении; /?_s— сопротивление арматуры растяжению при действии статической нагрузки, Па, выбираемое по СП 63.1330.2018;

Д_5Х, A_sy — площади растянутой арматуры вдоль осей OX, OY, м²;

^zbh ⁼ ^о^-а — плечо внутренней пары сил, м (а — толщина защитного слоя бетона в сжатой зоне, м; /?₀ = h_cl -а' — толщина стены (перекрытия) без защитного слоя бетона в растянутой зоне, м).

Рисунок 10 — Кинематическая схема разрушения стен (перекрытия) глухих помещений (вид с внешней стороны помещения)

Примечание — В процессе расчетов стена ориентируется таким образом, чтобы всегда выполнялось условие Н > В.

9 Расчет параметров взрывных нагрузок за пределами перфорированной кабины

Давление на фронте ударной волны МПа, за перфорированной панелью, рассчитывают по формуле

/о\0,27

ДР_ф=1,41П"¹'⁶⁶[₇] <Р^0,64. (41)

где г| — относительное расстояние, которое рассчитывается по формуле (42), м/кг^1/3;

R — расстояние от центра массы сферического заряда до расчетной точки стены (покрытия) м;

/ — характерный размер кабины, м: для кабины в форме куба равна длине ребра куба; для кабин с прямоугольными и цилиндрическими стенами, где V— объем кабины, м³;

Ф — коэффициент перфорации.

Формула (41) справедлива при следующих ограничениях:

0,01 < ф < 0,13;

1,15 < п < 8,3;

0,69 < — <4,55.

/

Импульс прошедшей волны /, Па ■ с, на расстоянии R равен

7 _D х 0,008

.* 70*1 0,98 I __ I /<\0,45 —0,333 /лох

/ = 791т| lyl ф’ с_э^_в . (43)

Формула (43) пригодна для расчета импульса при следующих ограничениях:

0,008 < ф < 0,13;

1,15 < п < 5,95;

1,16 < — <4,55.

/

В приложении А приведен пример расчета кабины.

Приложение А (справочное)

Пример расчета монолитной железобетонной кабины с перфопанелью взамен дворика

А.1 Исходные данные

Внутренние размеры кабины:

• - длина L = 5,22 м;

• - ширина В = 5,2 м;

• - высота Н = 6 м.

На расстоянии L = 5,22 м от задней стены кабины установлена перфопанель имеющая следующие параметры, необходимые для расчета прочности кабины:

• - площадь перфопанели F = В • Н = 5,2 • 6 = 31,2 м;

• - коэффициент перфорации ср = 0,12;

• - объем расчетной части кабины (между задней стеной и перфопанелью) V = 162,86 м²;

• - толщины стен и покрытия кабины Л_ст = 0,6 м;

• - армирование кабины выполнено из арматуры класса А500 по ГОСТ 7473;

• - процент армирования стен и перекрытия кабины составляет 1,34 %;

• - нормативное сопротивление арматуры R_s = 435 МПа;

• - используется бетон класса В25 по ГОСТ 7473;

• - плотность бетона р = 2500 кг/м³;

• - а = 0,08 м — толщина защитного слоя бетона в сжатой зоне, м.

Загрузка кабины массой с_экв = 10 кг в тротиловом эквиваленте располагается в центре расчетной части кабины в плане на высоте 0,7 м.

А.2 Расчет параметров действующих нагрузок

А.2.1 Расчет действующего квазистатического давления

Расчет действующего квазистатического давления, образованного за счет наполнения объема кабины продук

тами взрыва, определяют в зависимости от соотношения , где V— внутренний объем кабины, м³. с

При соотношении = -—-—— = 0,0614 , кг/м², квазистатическое давление, кПа, определяют по формуле (4)

v 6-5,2-5,22

/

Р_кс =1600- ^2- = 1600-0,0614^0,6 =300 кПа = 3-10⁵ Па.

КС

А.2.2 Расчет действующего квазистатического импульса и времени действия квазистатической нагрузки

Используя формулы (5)—(10), проведем расчет действующего квазистатического импульса и времени действия квазистатической нагрузки:

• - площадь сквозных отверстий в перфопанели (10):

F_0TB = 4>'F„p = 0,12 6 5,2 = 3,744 м²;

• - относительное давление (9):

— л ЗЮ⁵ Pi = 1 + _с — 3,96;

1,013-Ю⁵

• - относительное время действия квазистатической нагрузки (8): 7_КС = 0,4695 • 1пЗ,96 = 0,646;

• - безразмерный импульс (7):

- _ ³>⁹⁶ Л ^/кс 2,13 V ^в

• - действующий квазистатический импульс (5):

  /_кс = 0,7435-

  
  

1,013-Ю⁵-162,86^ --------------- = 9636 Па-с

3,744-340

• - время действия квазистатической нагрузки (6):

/_кс = 0,646 Г ^162,86 ] = 0,0826 с. ^кс V 3,744-340 J

Таблица А.1 — Расчетные стадии деформирования задней стены при армировании 1,34 %

Таким образом, задняя стена кабины толщиной 0,6 м при уровне армирования 1,34 % в случае взрыва заряда массой 10 кг в тротиловом эквиваленте способна выдержать параметры взрывных нагрузок при деформировании, соответствующем 1-й стадии, т. е. может использоваться многократно.

Аналогичным образом выберем толщину и процент армирования перекрытия, которое имеет размеры Н = 5,22 м и В = 5,2 м.

Результаты представлены в таблице А.2.

Таблица А.2 — Расчетные стадии деформирования перекрытия при армировании 1,34 %

Таким образом, перекрытие толщиной 0,6 м, при армировании 1,34 % при взрыве заряда 10 кг работает по 1-й стадии деформирования и может выдержать многократное нагружение.

Боковые стены геометрически соразмерны перекрытию и также могут быть выполнены толщиной 0,6 м при армировании не менее 1,34 %.

А.4 Оценка прочности перфопанели

В железобетонной кабине рисунка 2 вместо дворика используется перфопанель площадью F = В • Н = 5,2 • 6 = 31,2 м. На перфопанель в результате взрыва заряда в кабине действуют следующие нагрузки:

• - квазистатическое давление Р_кс = 3 • 10⁵ Па;

• - квазистатический импульс /_кс = 9636 Па ■ с.

Перфопанель выполнена из двутавров № 24 по схеме рисунка 7. Для расчета используются следующие исходные данные:

• - длина двутавра Н = 6 м;

• - ширина полки, воспринимающей нагрузку b = 0,115 м;

• - высота сечения двутавра h = 0,24 м;

• - площадь поперечного сечения двутавра S = 3,48 • 10^-3 м²;

• - момент инерции сечения двутавра J = 3,46 • 10^-5 м⁴;

• - момент сопротивления сечения двутавра W= 2,89 • 10^-4 м³;

• - модуль упругости материала двутавра Е = 2,1 • 10¹¹ Па;

• - плотность материала двутавра р = 7830 кг/м³;

• - предел текучести материала двутавра о_т = 2,1 • 10⁸ Па;

• - динамический предел текучести материала двутавра = п_а • е>_т = 1,3-2,1 • 10⁸ = 2,73 • 10⁸ Па.

Расчет на прочность выбранного двутавра проведем из условия его работы как упруго-деформируемой балки при действии квазистатической нагрузки (см. 7.1).

Для этого вычислим приведенный импульс и приведенное давление по формулам (16) и (17)

/_кс • Ь ■ /7 ________________9636 0,115 0,24________________

^а/ • JpEJS о,8944■ 77830-2,1-10¹¹ -3,46-10'⁵ -3,48-10"³

где а,- = 0,8944 — безразмерный коэффициент, определяемый из рисунка 8.

. _ P_KCb-hL² _ 3,0-10⁵ -0,115-0,24-6² a_pE-J 12-2,1-10¹¹-3,46-Ю'⁵

где а_р = 12 — безразмерный коэффициент, определяемый из рисунка 8.

На рисунке 8 точка, образованная при пересечении линий, соответствующих приведенным импульсу и давлению, лежит в пределах зоны приведенного напряжения о* = 2,666.

Таким образом, в сечении двутавра № 24 возникает максимальное напряжение, равное по формуле (20)

Так как с_т = 5,6 • 10⁸ > о-Д = 2,73 • 10⁸ Па, то после приложения расчетных квазистатических нагрузок возможен прогиб двутавра № 24 длиной 6 м за пределами упругих деформаций, то есть в зоне упругопластических деформаций.

Вычислим приведенный импульс и приведенное давление по формулам (25) и (26) соответственно

i_KC-b-jE~J 9636-0,115-J2,1-10¹¹-3,46-10'⁵

i = ——------7^= =----------------²-------. = 8,4,

Ф/ • ст" WJpS 0,861-2,73-10⁸ -2,89-10"⁴-V7830-3,48-10^-3

где q>_/ = 0,861 — безразмерный коэффициент, определяемый из рисунка 9.

р- ₌ Рке Ь L² ₌ 3,0Ю⁵ 0,115 6² _{= 0 68}

(Рр-оД-РУ 23,1 2,73 10⁸ 2,89 10~⁴ где ф_р = 23,1 — безразмерный коэффициент, определяемый из рисунка 9. Вычислим максимальный прогиб двутавра в зоне упругопластических деформаций при загрузке кабины в 10 кг. Точка с координатами /*, Р* лежит на линии «изоповреждений» рисунка 9, на которой приведенная деформация двутавра равна

г*_т=1,44.

Относительная деформация составит по формуле (29)

_е 1.44 1,825 0,24 2,89.10-⁴ 2,73.10³ _ _ecess1

^т JE 3,46 10“⁵2,110¹¹

где ф_е = 1,825 — безразмерный коэффициент, определяемый из рисунка 9.

Максимальный прогиб при этом равен по формуле (30)

₌ L² е_{т =} 0,0625-6² 0,00684 ₌ ⁰ h 0,24

Максимальный прогиб Г_о соответствует соотношению (31)

f₀ = 0,064 < 0,0525 ■ L = 0,0525 • 6 = 0,315, м,

то есть при достижении прогиба двутавр № 24 не разрушается, а перфопанель, выполненная на основе двутавра № 24, сохраняет свои защитные свойства.

УДК 624.012.45:006.354

Ключевые слова: кабины перфорированные, защитные сооружения, железобетонные сооружения, методика расчета, технические требования, оценка точности

Редактор ДА. Кожемяк Технический редактор В.Н. Прусакова Корректор И.А. Королева Компьютерная верстка Е.О. Асташина

Сдано в набор 25.08.2023. Подписано в печать 08.09.2023. Формат 60х84¹/₈. Гарнитура Ариал. Усл. печ. л. 3,26. Уч.-изд. л. 2,03.

Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Создано в единичном исполнении в ФГБУ «Институт стандартизации» , 117418 Москва, Нахимовский пр-т, д. 31, к. 2.