Задачей данной работы ставится исследование возможности выключения из работы колонны в результате действия на неё особых воздействий.
Реализация линейных расчетов на особые воздействия врасчетном комплексе SCAD
Удар автотранспортных средств
Согласно [1] нагрузка от столкновения грузовых автомобилей учитывается, как равномерно распределенная по площади ударного контакта на высоте 1 м. Размеры ударного контакта: высота — 0,5 м, ширина (ширина элемента) — 0,4 м.
Расчетное значение эквивалентной квазистатической нагрузки от удара грузовым автомобилем равно 150 kН. Равномерно распределенная нагрузка по площади ударного контакта равна 750 kПа.
В результате в колонне возникает момент 356 kHм. Колонна не теряет несущую способность.
Удар вилочного погрузчика
При расчете удара вилочного погрузчика о несущие конструкции, учитывают эквивалентную статическую нагрузку равную:
,
где φ=5 — коэффициент динамичности;
W — вес погрузчика с максимальным грузом.
Рассматриваем погрузчик Maximal. Вес погрузчика с максимальным грузом 6 т (58,86 kH).
Нагрузка прикладывается на высоте 0,75 м.
В результате в колонне возникает момент 433 kHм. Колонна не теряет несущую способность.
Внутренний взрыв
При проектировании зданий и сооружений, предназначенных для хранения взрывчатых веществ, необходимо учитывать взрывные воздействия. В качестве источника взрыва принят — взрыв газа.
Согласно [1] расчетная нагрузка при взрыве газа, равная 1,1 МПа, учитывается, как статическое давление на несущие и ограждающие конструкции.
В результате в колонне возникает момент 4360 kHм. Колонна теряется несущую способность. Помимо этого, несущую способность теряет стропильная ферма, элементы которой воспринимают слишком большие нагрузки. Верхний пояс — 6112 kH, нижний — -3494 kH.
Реализация расчетов на особые воздействия сучетом физической нелинейности вABAQUS
Для увеличения скорости расчета, рассматривается влияние особых воздействий только на одну колонну.
При расчете железобетонной колонны по нелинейной деформационной модели использована криволинейная диаграмма состояния бетона. Работа бетона на сжатие задаётся 39 параметрическими точками. Работа бетона на растяжение задаётся 6 параметрическими точками.
Удар автотранспортных средств
Согласно [1] нагрузка от столкновения грузовых автомобилей учитывается, как равномерно распределенная по площади ударного контакта на высоте 1 м. Размеры ударного контакта: высота — 0,5 м, ширина (ширина элемента) — 0,4 м.
Расчетное значение эквивалентной квазистатической нагрузки от удара грузовым автомобилем равно 150 kН. Равномерно распределенная нагрузка по площади ударного контакта равна 750 kПа.
В результате колонна имеет небольшие перемещения — 2 мм. Колонна области контакта испытывает напряжения равные 0,8 МПа. возникает момент 4360 kHм. Колонна не теряет несущую способность.
Удар вилочного погрузчика
При расчете удара вилочного погрузчика о несущие конструкции, учитывают эквивалентную статическую нагрузку равную:
,
где φ=5 — коэффициент динамичности;
W — вес погрузчика с максимальным грузом.
Рассматриваем погрузчик Maximal. Вес погрузчика с максимальным грузом 6 т (58,86 kH).
Нагрузка прикладывается на высоте 0,75 м.
Колонна области удара испытывает напряжения равные 34 МПа, что превышает расчетное сопротивление бетона на сжатие. В месте удара происходит раздробление бетона на глубину 73 мм. Колонна не теряет несущую способность.
Внутренний взрыв
Взрыв — процесс молниеносного выделения большого количества энергии. Взрыв порождает ударные волны, на фронте которых происходит скачкообразное изменение давления, температуры и других показателей среды. Воздействие взрывных волн рассматривают, как кратковременную динамическую нагрузку.
Определение массы взрывного боеприпаса
Согласно [2] степени разрушения от действия взрывной волны подразделяются на 4 степени.
Для инициации прогрессирующего обрушения необходимо, чтобы взрывной волной разрушило колонну, что соответствует сильной и полной степеням разрушения.
В [2] приведена таблица зависимостей степеней разрушения от избыточного давления во фронте воздушной ударной волны взрыва боеприпаса. Согласно этой таблице сильная степень разрушения для промышленных зданий с железобетонных каркасов соответствует величине избыточного давления равной 95.
Согласно [3] типовые сборные конструкции, запроектированные без учета действия на них взрывных нагрузок, не должны разрушаться при избыточном давлении равном 3 kПа.
В [4] так же приведена таблица с зависимостью степеней разрушения от избыточного давления. Однако там 3 степени разрушения: полное, сильное и слабое. Полное разрушение для промышленных зданий с железобетонным каркасом происходит при избыточном давлении равном 5–8 МПа.
Расстояние колонны от источника взрыва 2 м. Поверхность пола выполнена из бетона.
В разных источниках избыточное давление находят по-разному. Рассмотрим три варианта нахождения избыточного давления.
Первый вариант — формула М. А. Садовского
Для начала вычисляют приведенный радиус взрыва:
, где МТ — масса боезаряда в тротиловом эквиваленте.
Согласно формуле М. А. Садовского, значение избыточного давления равно:
Второй вариант — формула определения амплитуды избыточного давления на фронте [5].
Третий вариант — воспользоваться справочником проектировщика [4].
Согласно которому при наземном взрыве избыточное давление равно:
Рассмотрим работу конструкции за период 0,1 сек, что позволит проанализировать воздействие взрывной волны до момента её затухания. Для получения избыточного давления равного 1,1 МПа необходим боезаряд массой 4,22 кг в тротиловом эквиваленте.
Колонна испытывает напряжения равные 8,1 МПа, перемещения — 4,2 мм. Колонна не теряет несущую способность.
Анализ проведенных расчетов на особые воздействия показал, что при обговоренных в [1] нагрузках, ударные нагрузки не приводят к разрушению колонны и выключению её из работы. Результаты расчета на воздействия от взрыва разнятся, что может быть связано с учетом физической нелинейности и с упрощениями расчетных схем.
Литература:
- СП 296.1325800.2017 «Здания и сооружения. Особые воздействия», M. 2017.
- ГОСТ Р 42.2.01–2014 Гражданская оборона. Оценка состояния потенциально опасных объектов, объектов обороны и безопасности в условиях воздействия поражающих факторов обычных средств поражения. Методы расчета. М., 2015.
- Пилюгин Л. П. Обеспечение взрывоустойчивости зданий с помощью предохранительных конструкций. 2000.
- Рабинович И. М., Коренев Б. Г. Справочник проектировщика. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия. М., 1981.
- Набиуллин М. И. Математическая модель расчета амплитуды избыточного давления на фронте ВУВ/ВТУ, Т20, № 3 2017.
