Результаты испытаний опытного образца полносборного защитного сооружения гражданской обороны блок-модульного типа полной заводской готовности на действие воздушной ударной волны

УДК 699.85

Результаты испытаний опытного образца полносборного защитного сооружения гражданской обороны блок-модульного типа полной заводской готовности на действие воздушной ударной волны

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2017

Г.П. Тонких, А.И. Макарьин, И.В. Сосунов, Н.Н. Посохов, Р.А. Бузин Аннотация

Приведены результаты испытаний несущей способности опытного образца полносборного защитного сооружения гражданской обороны блок-модульного типа полной заводской готовности на действие моделированной воздушной ударной волны. Выявлено, что техническое состояние конструкций после проведения двух видов испытаний допускает дальнейшую эксплуатацию блок-модуля и соответствует требованиям нормативных документов.

Ключевые слова: защитное сооружение; блок-модуль; испытания; воздушная ударная волна; контрфорсы.

Results of a Blast Wave Test of a Ready-to-Operate Prototype Prefabricated Civil Defense Modular Shelter

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2017

G. Tonkikh, A. Makarin, I. Sosunov, N. Posohov, R. Buzin

Abstract

A ready-to-operate prototype prefabricated civil defense modular shelter was tested for bearing capacity under the effect of simulated blast wave. As shown by the test, the technical condition of the shelter allowed its further use and complied with the normative requirements.

Key words: civil defense shelter; module; tests; blast wave; buttress.

Испытания опытного образца полносборного защитного сооружения гражданской обороны блок-модульного типа полной заводской готовности на действие воздушной ударной волны (ВУВ), проводились в рамках опытно-конструкторской работы «Создание защитных сооружений гражданской обороны на основе камер-убежищ» (ОКР «Куб-М»), в ФГБУ «ЦНИИИ ИВ» Минобороны России на установке РУТ 2200.

Цель испытаний заключалась в оценке несущей способности и защитных свойств блок-модуля при действии моделированной воздушной ударной волны с избыточным давлением на фронте ЛРф = 1 кгс/см2. В задачи испытаний входило: определение параметров моделированной ВУВ, величин нагрузок на наружных поверхностях блок-модуля, давления затекания внутрь блок-модуля и ускорений на внутренних конструкциях блока;

измерение величин прогибов конструктивных элементов блок-модуля;

оценка характера повреждений и технического состояния блок-модуля после воздействия ВУВ.

Объектом испытаний являлся опытный образец блок-модуля защитного сооружения гражданской обороны (ЗС ГО) полной заводской готовности.

Блок-модуль был создан на базе типового морского контейнера с наружными размерами 12192x2438x2895 мм [1,2]. Для восприятия избыточного давления во фронте воздушной ударной волны было выполнено усиление базового блок-модуля [3], включающее:

установку на наружных продольных и поперечных стенах, с внутренней стороны, вертикальных стоек из профиля 80х80х4 мм с шагом 1200 мм и горизонтальных балок из того же профиля с шагом 600 мм, которые крепились между собой и к наружному профлисту на сварке;

установку с наружной стороны, с шагом 1200 мм, по периметру блок-модуля контрфорсов из квадратного профиля 80x80x4 мм. Крепление контрфорсов к блок-модулю осуществлялось болтовыми соединениями через фланцы, закрепленные к вертикальным стойкам усиления и контрфорсам на сварке.

Контрфорсы предназначены для передачи усилий с продольных и поперечных стен грунтовому основанию через анкерные болты длиной не менее 1200 мм и диаметром не менее 28 мм, которые крепятся, в свою очередь, к нижней балке контрфорса гайкой. Проведенные с использованием ПВК «SCAD Office» расчеты [1] показали, что при действии воздушной ударной волны интенсивностью 0,48 кгс/см2 усилия в стойках стен и балках покрытия, при установке контрфорсов, снижаются практически в 5-6 раз (рис.1).

Для обеспечения входа и выхода из ЗС ГО в торце блок-модуля был предусмотрен тамбур-шлюз с двумя защитно-герметическими распашными дверями марки ДУ-Ш-6, устанавливаемыми в наружной поперечной стене и внутренней стене на расстоянии 1200 мм от наружной стены. Комингс дверей был приварен к вертикальным и горизонтальным дополнительным элементам из квадратного профиля 80х80х4 мм. Защитно-герметические двери, в зависимости от объемно-планировочного решения ЗС ГО, также могут устанавливаться вдоль боковых стен крайних блок-модулей. В тамбуре помещения ДЭС, а также в санитарном пропускнике, при его наличии, могут устанавливаться герметические двери марки ДУ-1У-6, предназначенные для проемов 600x1600 мм. Кроме этого, в расширительных камерах фильтровентиляционного помещения должны устанавливаться противовзрывные защитные секции УЗС-1 на проем 500х500 мм и герметические ставни СУ-1У-1 с размерами проема 800x800 мм [5, 6].

Для установки оборудования инженерно-технических систем внутреннее пространство блок-модуля было поделено на отдельные помещения перегородками, состоящими из каркаса, выполненного из квадратного профиля 80x80x4 мм, обшитого с двух сторон профлистом толщиной 0,6 мм, с заполнением внутреннего пространства жесткими минераловат-ными плитами толщиной 80 мм. Общий вид усиления представлен на рис. 2.

На нагрузки от действия воздушной ударной волны было проведено два вида испытаний согласно [2]:

1-й вид: оценка несущей способности усиленного блока на действие воздушной ударной волны интенсивностью 0,48 кгс/см2. Испытание проводилось

0.06

%

ш

-0,05

Рис. 1. Эпюры моментов в несущих конструкциях блок-модуля при: а) установленных контрфорсах; б) без контрфорсов

Рис. 2. Общий вид усиления блок-модуля

в левом канале установки РУТ 2200 без установки контрфорсов. Усиленный блок был закреплен к силовому полу канала (рис. 3);

2-й вид: оценка устойчивости защитного сооружения к сдвигу и опрокидыванию при действии динамической нагрузки с избыточным давлением скоростного напора ЛРск = 0,98 кгс/см2. Для восприятия динамической нагрузки по периметру блока были смонтированы контрфорсы с шагом 1200 мм. Опытный образец был установлен на расстоянии 20 м от обреза воздушного канала (рис. 4).

Рис. 3. Подготовка первого вида испытаний в канале установки РУТ 2200

Рис. 4. Второй вид испытаний на устойчивость с контрфорсами

На этапе подготовки образца к испытаниям были выполнены следующие мероприятия:

изготовлены и установлены приспособления для крепления прогибомеров;

образецоборудован закладными деталями для крепления датчиков давления;

проведена градуировка и калибровка измерительной и регистрирующей аппаратуры;

установлены и закреплены измерительные датчики;

подключены измерительная и регистрирующая аппаратура и проведена проверка исправности измерительных каналов.

Первый вид испытаний включал следующие опыты: первый опыт интенсивностью 30% от расчетного проводился для проверки работоспособности измерительной аппаратуры;

второй опыт—зачетный, интенсивностью ЛРф = = 0,48кгс/см2.

Второй вид испытаний включал зачетный опыт интенсивностью ЛР = 0,98 кгс/см2.

ск ^

После каждого опыта осуществлялась проверка технического состояния блок-модуля с описанием и фотографированием характерных повреждений.

В процессе испытаний регистрировались следующие параметры:

давление на поверхности блока от воздушной ударной волны по четырем сторонам; давление затекания внутрь блока; прогибы покрытия, продольных и поперечных стен блока;

ускорение на внутренних конструкциях блока; техническое состояние образца в целом. Для регистрации приведенных параметров использовались датчики давления, прогибомеры реостатного типа и двухкомпонентные акселерометры.

Техническое состояние образца оценивалось внешним осмотром.

При первом виде испытаний было проведено два опыта. В первом опыте блок-модуль подвергся действию воздушной ударной волны с избыточным давлением на фронте ЛРф = 0,1 кгс/см2. Измерительная аппаратура оказалась в работоспособном состоянии, а внешний осмотр блок-модуля каких-либо повреждений и изменений не выявил.

Во втором опыте блок-модуль подвергся действию воздушной ударной волны с избыточным давлением на фронте ЛРф = 0,48кгс/см2. Анализ показаний измерительно-регистрирующих приборов показал следующие основные результаты:

лобовое давление на поверхности торцевой стены, на которую приходится основное действие ВУВ, составило ЛР, = 0,55 кгс/см2, время нарастания 1 =

ф ^ ^ 1 1 нар

= 2 мс, общее время действия нагрузки 1+ = 369 мс (рис. 5а);

давление на поверхности боковых стен блок-модуля составилоЛР, = 0,53кгс/см2, 1 =12 мс, 1 =

ф нар +

= 210 мс (рис. 5б);

давление на поверхности покрытия составило ЛРф= 0,58кгс/см2, 1нар = 26 мс, 1+= 202мс (рис. 5в);

давление на поверхности тыльной стены состави-лоЛР = 0,4 кгс/см2 , 1 = 52 мс, 1 = 116 мс (рис. 5г);

ф нар +

среднее давление внутри блок-модуля составило ЛРф= 0,17 кгс/см2, 1нар = 64 мс, 1+ = 139 мс (рис. 5д); прогибы торцевой стены отсутствовали; боковые стенки блок-модуля деформировались за счет прогибов стоек, который составил до 75 мм (рис. 5е), при этом наружный профлист потерял устойчивость, а на его поверхности образовались складки и произошло выпучивание (рис. 6). Однако

Рис. 5. Графики первого вида испытаний: а) давление на лобовой стене; б) давление на боковой стене; в) давление на покрытии; г) давление на тыльной стороне; д) давление внутри блок-модуля; е) прогиб боковой стены

Рис. 6. Деформации наружного профлиста после 1-го вида испытаний

следует отметить, что деформация стоек произошла в тех местах, где на момент испытаний, по технологическим причинам, они не были приварены к про-флисту и отсутствовали продольные балки усиления в месте последующей установки защитно-герметической двери в продольной стене;

конструкции покрытия получили максимальный прогиб, равный 30 мм. Однако после прекращения действия нагрузки конструкции приняли исходную форму, что свидетельствует об упругой работе материала.

Графики второго вида испытаний: ж) фронтальное давление; и) давление внутри блок-модуля; к) горизонтальное ускорение; л) вертикальное ускорение

Некоторое повышение нагрузки, приходящейся на поверхность блок-модуля, по сравнению с избыточным давлением на фронте объясняется действием отраженной волны от стен канала.

Давление внутри блок-модуля со средней интенсивностью 0,16 кгс/см2 образовалось из-за резкой деформации боковых стенок и покрытия. Однако данное давление, в соответствии с данными [8], является безопасным для укрываемых. При этом герметичность блок-модуля не была нарушена.

При втором виде испытания был проведен один зачетный опыт. Блок-модуль, прошедший первый вид испытаний и имеющий деформации боковых стен, устанавливался с контрфорсами за обрезом канала и подвергался действию динамической нагрузки с избыточным давлением скоростного напора ЛРск = = 0,98 кгс/см2. Учитывая наличие бетонного основания толщиной не менее 300 мм, анкера диаметром 28 мм и длиной 600 устанавливались в просверленные отверстия диаметром 26 мм. Количество анкеров, в результате проведенных дополнительных расчетов, было уточнено и принято в количестве одного на контрфорс, с наибольшим удалением от блока на 1270 мм.

Анализ показаний измерительно-регистрирующих приборов показал следующие основные результаты:

давление на поверхности боковой стены блок модуля, на которую приходилось основное воздействие, составило ЛР = 0,98кгс/см2, t = 80 мс, 1= 743 мс

ск нар +

(рис. 5ж);

давление затекания внутри блока отсутствовало (рис. 5и);

ускорения внутренних конструкций блок-модуля составили в горизонтальном направлении gшax = = 0,25 м/с2с1+ = 240 мс, а в вертикальном — gшax = = 0,15м/с2с1+ = 240 мс (рис. 5к, 5л);

деформации торцевых и боковых стен блока отсутствовали;

повреждения элементов конструкции, приводящие к разгерметизации блок-модуля, отсутствовали.

Полученные ускорения внутренних конструкций в соответствии с [7] были эквивалентны сейсмическому воздействию 6-7 баллов. Данные величины ускорений свидетельствуют о том, что к приборам и оборудованию для инженерно-технических систем специальные требования по сейсмоударостойкости могут не предъявляться.

Выводы

1. При проведении испытаний по оценке несущей способности усиленного блок-модуля без контрфорсов в левом канале установки РУТ-2200, опытный образец получил пластические деформации боковых стенок из-за потери устойчивости, а на его поверхно-

сти образовались складки и произошло выпучивание. При этом герметичность блок-модуля не была нарушена. Максимальное давление на поверхности фронтальной стены составило ЛРф = 0,55 кгс/см2. Внутри блок-модуля образовалось среднее давление ЛР = = 0,16 кгс/см2 из-за резкой деформации боковых стенок и покрытия. Однако данное давление является безопасным для укрываемых.

2.При проведении испытаний блок-модуля с контрфорсами на устойчивость защитного сооружения к сдвигу и опрокидыванию, избыточное давление скоростного напора на поверхности боковой стены, на которую приходилось основное действие динамической нагрузки, составило ЛРск = 0,98 кгс/см2. Давление затекания внутри блока отсутствовало, что подтверждается фактом сохранения герметичности после двух видов испытаний. Внешние повреждения как самого блока, так и контрфорсов с анкерами не обнаружены. Полученные ускорения внутренних конструкций эквивалентны сейсмическому воздействию 6-7 баллов, что свидетельствуют о том, что к приборам и оборудованию для инженерно-технических систем специальные требования по сейсмоуда-ростойкости могут не предъявляться.

3.Анализ результатов испытаний показал, что конструктивное решение защитного сооружения гражданской обороны блок-модульного типа полной заводской готовности, при его установке на поверхности земли, обеспечивает восприятие воздушной ударной волны интенсивностью ЛРф = 1 кгс/см2. Техническое состояние несущих и ограждающих конструкций блок-модуля в целом, после проведения двух видов испытаний, допускает его дальнейшую эксплуатацию и соответствует требованиям действующих нормативных документов.

Литературы

1. Создание защитных сооружений гражданской обороны на основе камер-убежищ (ОКР «Куб-М»): Технический проект. М.: ФГБУ «ВНИИ ГОЧС» МЧС России, 2015.

2. Проведение испытаний блок модуля защитного сооружения гражданской обороны полной заводской готовности (ОКР «Куб-М»): Программа. М.: ФГБУ «ВНИИ ГОЧС» МЧС России, 2016.

3. Защитное сооружение гражданской обороны блок-модульного типа полной заводской готовности (ОКР «КУБ-М»): Рабочая документация. М.: ФГБУ «ВНИИ ГОЧС» МЧС России, 2015.

4. Тонких Г. П., Макарьин А. И., Сосунов И. В., Посохов Н. Н., Козача В. М. Совершенствование средств коллективной защиты населения в современных условиях // Технология гражданской безопасности. 2016. Т. 13. № 4 (50). Стр. 68-76.

5. Тонких Г. П., Сосунов И. В., Посохов Н. Н. Разработка нового типа защитных сооружений гражданской обороны блок-модульного типа полной заводской готовности // XI Научно-практическая конференция «Совершенствование гражданской обороны в Российской Федерации» / МЧС России. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2015. С.110-120.

6. Тонких Г. П., Макарьин А. И., Сосунов И. В., Посохов Н. Н. Защитные сооружения гражданской обороны блок-модульного типа полной заводской готовности // XII Научно-практическая конференция «Совершенствование гражданской обороны в Российской Федерации / МЧС России. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2016. С. 105-112.

7. СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах», Москва, 2011.

8. Действие ядерного оружия / Перевод с английского. М.: Военное издательство Министерства обороны,1965.

Сведения об авторах

Тонких Геннадий Павлович: д. т. н., проф., ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), гл. н. с. научно-исслед. центра. 121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. е-таН: 5059144@mail.ru SPIN-код — 3954-1917.

Макарьин Алексей Иванович: ДГЗ МЧС России, зам. ди-рект.

121357, Москва, ул. Ватутина, 1. е-таН: dgz@mail.ru

Сосунов Игорь Владимирович: к. т н., доц., ФГБУ ВНИИ

ГОЧС (ФЦ), зам. нач. ин-та.

121352, г. Москва, ул. Давыдковская, 7.

е-таН: post115@yandex.ru.

Посохов Николай Николаевич: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ),

нач. научно-исслед. центра.

121352, г. Москва, ул. Давыдковская, 7.

е-таН: nik.posokhov@yandex.ru.

SPIN-код — 3220-2654.

Бузин Руслан Александрович: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), м. н. с.

121352, г. Москва, ул. Давыдковская, 7. е-т^Н: buzinruslan@gmail.com.

Information about the authors

Tonkikh Gennady P.: Dr. Sci. (Engineering), Prof., Chief Researcher of Research Center, All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies. 7 Davydkovskaya, Moscow, 121352, Russia. e-mail: 5059144@mail.ru. SPIN-scientific — 3954-1917.

Makarin Alexey I.: Deputy Director of Civil Defense Department, Emercom of Russia. 1 Vatutina, Moscow, 121357, Russia. e-mail: dgz.op@mail.ru

Sosunov Igor V.: Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Deputy Head of All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies. 7 Davydkovskaya, Moscow, 121352, Russia. e-mail: post115@yandex.ru

Posohov Nikolai N.: Head of the Research Center, All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies. 7 Davydkovskaya, Moscow, 121352, Russia. e-mail: posokhov@vniigochs.ru SPIN-scientific — 3220-2654.

Buzin Ruslan A.: Junior Researcher, All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies. 7 Davydkovskaya, Moscow, 121352, Russia. e-mail: buzinruslan@gmail.com

Издания ФГБУ ВНИИ ГОЧС

Авторы, название URL

Таранов А.А. и др. Информационно-аналитический сборник по проблемам нормативного правового и нормативно-методического обеспечения создания системы защиты от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, информирования и оповещения населения на транспорте http://elibrary.ru/item.asp?id=20392529

Глебов В.Ю. и др. Методические рекомендации территориальным органам МЧС России по применению нормативных правовых и нормативно-технических документов при создании, эксплуатации и развитии системы защиты от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, информирования и оповещения населения на транспорте. Монография http://elibrary.ru/item.asp?id=21846925

Алымов А.В. и др. Проблемы защиты населения от угроз природного и техногенного характера на транспорте. Научно-методический труд http://elibrary.ru/item.asp?id=20501644

Пучков В.А. и др. Катастрофы и устойчивое развитие в условиях глобализации. Монография http://elibrary. ru/item.asp?id=20823662

Аксенов В.В. и др. ВГСЧ: вчера, сегодня, завтра. Горноспасательное дело в России. Монография http://elibrary.ru/item.asp?id=21230189

Аюбов Э.Н. и др. Справочник основных терминов и определений в области гражданской обороны, защиты от чрезвычайных ситуаций, обеспечения пожарной безопасности и безопасности людей на водных объектах http://elibrary.ru/item.asp?id=20910135

Чуприян А.П. и др. Международная конференция «Проблемы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций в Арктике, включая вопросы аварийных разливов нефти». Нарьян-Мар, 20-22 августа 2013 г. http://elibrary.ru/item.asp?id=20823652

Пчелкин В.И. Географический фактор в деятельности МЧС России: проблема и пути её решения. Монография http://elibrary.ru/item.asp?id=21060972

Батырев В.В. Справочник специалиста-химика МЧС России http://elibrary.ru/item.asp?id=21060981

Степанов В.Я. Чрезвычайная спасательная служба в лицах. Истори-ко-художественный публицистический сборник http://elibrary.ru/item.asp?id=21222430