Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Анализ локальных войн и вооруженных конфликтов, имевших место после второй мировой войны, показывает, что основным содержанием действий сухопутных войск становится борьба за города. Зарубежные военные специалисты считают, что наступательные действия по овладению городами в современной войне будут довольно частым явлением и станут неотъемлемой составной частью операции объединений, соединений и частей сухопутных войск на любом театре военных действий. В связи с этим все более востребованными для нашего государства и общества становятся мероприятия гражданской обороны и защиты населения от различных угроз и вызовов военного времени. Авторами статьи проведены исследования по применению жилых зданий в качестве укрытия населения для защиты от опасностей, возникающих при ведении военных действий.

Сложность принятия решения на выбор здания для укрытия населения обуславливается тремя основными факторами. С одной стороны на эффективность защиты пострадавших в здании оказывает влияние его прочность, с другой стороны, чем прочнее здание, тем больше трудозатраты на его приспособление под укрытие. Особое значение имеет также расположение здания в условиях городской застройки.

Наиболее важным вопросом в выборе зданий для укрытия населения является обоснование его взрывоустойчивости – свойства объекта противостоять воздействию поражающих факторов взрыва обычных средств поражения (ОСП), которые способны вызвать прогрессирующее обрушение здания или сооружения от локальных разрушений отдельных несущих конструкций [2].

Количественно величину взрывобезопасности здания можно охарактеризовать значением вероятности не разрушения здания при воздействии наиболее часто использующихся ОСП (в вооруженных конфликтах последних лет). Вероятность не разрушения от воздействия обычных средств поражения здания определяется по формулам, выведенных автором из основных положений теории вероятностей [1, 3].

Представим себе следующую ситуацию. Имеется здание с несущими элементами, обозначенными N_o. Для разрушения всего здания необходимо разрушить Nк элементов. Имеется группа несовместных гипотез

Н1 = {элементы разрушены};

Н2 = {элементы не разрушены}.

Априорные вероятности этих гипотез до опыта известны и равны соответственно

и . (1)

Произведён опыт, в результате которого наблюдается появление некоторого события

А = {разрушен один элемент}.

Условные вероятности события А при гипотезах Н1 и Н2

, (2)

где q – вероятность не разрушения элемента.

Для того, чтобы найти условную вероятность для гипотезы Н1 после опыта воспользуемся теоремой гипотез или формулой Байеса

(3)

После сокращений и замены буквенных обозначений, имеем:

– для расчётной схемы с несущими элементами из колонн

(4)

– для расчётной схемы с несущими элементами из стен

(5)

– для расчётной схемы с несущими элементами из колонн и стен

, (6)

где Nk – количество критических элементов (типа колонна), разрушение которых приводит к полному разрушению здания, шт.; No – общее количество критических элементов здания (типа колонна), шт.; Lc – общая длина всех критических элементов (типа стена), разрушение которых приводит к полному разрушению здания, м; Lo – общая длина несущих стен здания, м; qk, qс – вероятность не разрушения одного критического элемента.

Для определения количества критических элементов (Nk, Lс), разрушение которых приводит к полному разрушению здания, необходимо провести расчёт здания на прогрессирующее обрушение в зависимости от типа конструкции согласно условию – устойчивость здания против прогрессирующего обрушения обеспечена, если для любого элемента соблюдается условие

F ≤ S, (7)

где F и S – соответственно усилие в конструктивном элементе, найденное из выполненного расчета, и его расчетная несущая способность.

Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения проверяется расчетом на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные и временные длительные нагрузки, а также воздействие гипотетических локальных разрушений несущих конструкций. Постоянная и временная длительная нагрузка должна определяться по [5].

Подсчёт критических элементов выполняется при соблюдении условий

(8)

(9)

Рис. 1. Алгоритм прогнозирования взрывоустойчивости зданий

Для определения количества критических элементов, разрушение которых приводит к полному разрушению конкретного типа здания, вследствие прогрессирующего обрушения была выполнена серия расчётов по алгоритму, представленному на рис. 1. При этом решались следующие задачи:

• анализ существующих зданий, построенных за последние 50 лет в России, с целью выбора типового проекта зданий;
• разработка программы-методики компьютерных вычислений (выполнение расчётов по оценке ожидаемых параметров прогрессирующего обрушения здания и применение ожидаемых параметров для дальнейших испытаний);
• моделирование расчётной схемы зданий и выполнение машинного расчёта;
• определение после каждого расчёта состояние конечных элементов конструкции, используя отчёт о состоянии элементов;
• обработка и анализ полученных результатов.

Расчет здания на аварийные воздействия проводился с применением расчетного комплекса «ПК ЛИРА-САПР R3» в нелинейной стадии с учетом принятого армирования плит перекрытий, колонн и вертикальных конструкций, т.е. с учётом физической и геометрической нелинейности [4]. Моделирование разрушения критического элемента здания выполняется путём удаления его из расчётной схемы, после чего определяются параметры напряжённо-деформированного состояния всего здания.

Результатом расчёта являются усилия, напряжения и перемещения на каждом из этапов приложения нагрузки, картины трещин в стенах и плитах, места образования пластических шарниров, информация об элементах, разрушающихся в первую очередь. Также имеется возможность определить нагрузку, при которой разрушается первый элемент конструкции, и по ней судить об имеющихся запасах по несущей способности.

В результате выполненных расчётов для выбранных типовых проектов панельного (проект под серией 1-515), кирпичного (проект под серией 1-511) и монолитного (проект под серией И-1737) зданий впервые установлено, что их прогрессирующее обрушение наступает при разрушении 40 из 105 п.м. несущей стены панельного здания, 51 из 92 п.м. несущей стены кирпичного здания, 8 колонн из 12 и 58 из 158 п.м. несущей стены монолитного здания.

Вероятность неразрушения критического элемента определяется по формулам [6]:

– при авиационном бомбометании по зданию:

, (10)

где F_Пi – площадь поражения i-го элемента при действии РБ, м2; nРБ – плотность воздействия РБ, шт./м2;

– при артиллерийском обстреле по зданию:

(11)

где Ki – коэффициент, зависящий от количества снарядов, наряженных для обстрела здания, геометрических размеров здания и площадей поражения i-х критических элементов конструкции зданий.

Коэффициент Ki определяется по формуле:

(12)

где N – количество снарядов, наряженных для обстрела здания, сн/зд; – площадь поражения критических элементов при действии РБ, м2; – срединные отклонения, зависящие от сведенных срединных ошибок, соответственно по дальности и направлению и размеров обстреливаемого здания по глубине и фронту (Гц, Фц).

Величины и определяются по формулам

(13)

(14)

где – срединные вероятные отклонения (сведенные срединные ошибки) по дальности и направлению, зависящие от количества батарей, ведущих стрельбу по зданию, а также от расстояния до цели (табл. 1).