firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2022.31.06.78-90firesmi-1181Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВSAFETY OF BUILDINGS, STRUCTURES, OBJECTSЭкспериментальное определение эффективности остекления при аварийных взрывах внутри зданийExperimental determination of glazing efficiency in case of indoor explosions caused by accidentshttps://orcid.org/0000-0003-2764-639XКомаровА. А.KomarovA. A.

КОМАРОВ Александр Андреевич, д­р техн. наук, профессор кафедры комплексной безопасности в строительстве

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

РИНЦ ID: 155673; Scopus Author ID: 57192380312; ResearcherID: AAC­8725­2022

Alexander A. KOMAROV, Dr. Sci. (Eng.), Professor of Department of Integrated Safety in Civil Engineering

Yaroslavskoe Shosse, 26, Moscow, 129337

ID RISC: 155673; Scopus Author ID: 57192380312; ResearcherID: AAC­8725­2022

KomarovAA@mgsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2361-6428КорольченкоД. А.KorolchenkoD. A.

КОРОЛЬЧЕНКО Дмитрий Александрович, д­р техн. наук, доцент, директор Института комплексной безопасности в строительстве

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

РИНЦ ID: 352067; Scopus Author ID: 55946060600; ResearcherID: E­1862­2017

Dmitriy A. KOROLCHENKO, Dr. Sci. (Eng.), Head of Institute of Complex Safety in Construction

Yaroslavskoe Shosse, 26, Moscow, 129337

ID RISC: 352067; Scopus Author ID: 55946060600; ResearcherID: E­1862­2017

ikbs@mgsu.ruГромовН. В.GromovN. V.

ГРОМОВ Николай Викторович, канд. техн. наук, заместитель директора Института комплексной безопасности в строительстве

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

РИНЦ ID: 550242; Scopus Author ID: 57192376754

Nikolay V. GROMOV, Cand. Sci. (Eng.), Deputy Head of Institute of Complex Safety in Construction

Yaroslavskoe Shosse, 26, Moscow, 129337

ID RISC: 550242; Scopus Author ID: 57192376754

newdayru@bk.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университетРоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University)Russian Federation2022020220233167890Copyright © Комаров А.А., Корольченко Д.А., Громов Н.В., 20232023Комаров А.А., Корольченко Д.А., Громов Н.В.Komarov A.A., Korolchenko D.A., Gromov N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1181Введение

Введение. Представлены результаты испытаний одинарного и двойного остекления, используемого в качестве легкосбрасываемых конструкций (ЛСК) для обеспечения взрывоустойчивости зданий и сооружений при внутренних аварийных взрывах. Критерием сравнительной эффективности ЛСК является значение макси мального давления внутри помещения, реализуемого вследствие аварийного дефлаграционного взрыва и срабатывания легкосбрасываемой конструкции. Чем ниже максимальное давление при прочих равных условиях (объем помещения, площадь сбросного проема, вид взрывоопасной смеси), тем выше эффективность ЛСК.

Цель и задачи

Цель и задачи. Целью настоящего исследования является экспериментальное определение эффективности остекления, используемого в качестве легкосбрасываемых конструкций, при аварийных дефлаграционных взрывах внутри зданий.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

Методы исследования

Методы исследования. При проведении испытаний ЛСК была использована взрывная камера с рабочим объемом 8 м3 и площадью сбросного проема 1,3 м2. Таким образом, удельная площадь ЛСК составляла 0,16 м2 на 1 м3, что в 3,2 раза больше рекомендуемой нормативными документами. Поэтому превышение максимального давления внутри взрывной камеры свыше пороговых значений (5–7 кПа) однозначно показывает неэффективность работы ЛСК.

Результаты и их обсуждение. Результаты испытаний одинарного остекления толщиной 4 мм и площадью 1 м2 (соответствует требованиям п. 6.2.30 СП 56.13330.2021) показали, что такое остекление неэффективно в качестве ЛСК. Избыточное давление вскрытия и максимальное давление в помещении даже при избыточной необходимой площади сбросного проема имеет высокие значения: Рвск = 11 кПа, Рmax = 12 кПа. Такие нагрузки являются разрушающими для промышленных зданий и сооружений.

Высокие значения давления вскрытия (14,7 и 17,7 кПа) и максимального давления в камере (17,7 и 20,5 кПа) позволяют сделать вывод о неэффективности работы также и двойного остекления в качестве ЛСК. При испытаниях как одинарного, так и двойного остекления наблюдался значительный разлет осколков (до 30 м в глубину и до 13 м в ширину), что в случае аварии может привести к поражению людей, находящихся рядом со зданием в момент аварии.

Выводы

Выводы. Эксперименты показали, что предполагаемые (расчетные) давления вскрытия остекления, рекомендуемые рядом нормативных документов и научных публикаций, могут значительно отличаться от реальных значений, что может послужить причиной обрушений зданий при аварийных внутренних взрывах.

Introduction

Introduction. The authors present the results of testing single and double glazing, used as explosion relief structures (ERS) to ensure the explosion resistance of buildings and structures in case of indoor explosions caused by accidents. The criterion of comparative effectiveness of ERS is the value of maximum pressure inside the premises caused by an emergency deflagration explosion and the response of an explosion relief structure. The lower the maximum pressure under otherwise equal conditions (the volume of the room, the area of the relief opening, the type of the explosive mixture), the higher the ERS effectiveness.

Goal and objectives

Goal and objectives. The purpose of this study is to experimentally determine the effectiveness of glazing used as an explosion relief structure in case of emergency deflagration explosions inside buildings. It is necessary to solve the following tasks to attain the pre-set goal:

Research methods

Research methods. In the course of ERS testing, an explosion chamber, having the operating volume of 8 m3 and the relief opening area of 1.3 m2 was used. Hence, the specific area of the ERS was 0.16 m2 per 1 m3, which is 3.2 times higher than that recommended in the regulatory documents. Therefore, any pressure, exceeding the threshold values (5–7 kPa) inside the explosion chamber, unambiguously shows the ERS inefficiency. Results and their discussion. The results of testing the 4 mm single glazing and the area of 1 m2 (meeting the requirements of paragraph 6.2.30 of SP (Construction Regulations) 56.13330.2021) show that such glazing is ineffective as the ERS. Excessive relief pressure and maximum pressure in a room with an extra area of the relief opening have high values: Prel = 11 kPa; Pmax = 12 kPa. Such loadings are destructive for industrial buildings and structures.

High values of relief and maximum pressures (14.7 and 17.7 kPa) in a chamber (17.7 and 20.5 kPa) allow drawing a conclusion about the inefficiency of double glazing as ERS.

In the course of testing both single and double glazing, considerable glass fragment dispersion (up to 30 m deep and up to 13 m wide) was observed, which could result in the injury of people near the building during  an accident.

Conclusions

Conclusions. Experiments have shown that the assumed (calculated) glazing deflagration pressures, recommended by a number of regulatory documents and research publications, may differ significantly from the actual values, which may cause building collapses as a result of indoor explosions.

дефлаграциялегкосбрасываемая конструкциясбросной проемвзрывные нагрузкидавление вскрытияdeflagrationeasily discharged structuresrelief openingexplosive loadingrelief pressureРабота выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект #FSWG-20200007).This work was supported by the Ministry of science and higher education of the Russian Federation (project #FSWG-2020-0007).ReferencesПилюгин Л.П. Конструкции сооружений взрывоопасных производств. М. : Стройиздат, 1988. 305 с.Pilyugin L.P. Constructions of explosive production facilities. Moscow, Stroyizdat Publ., 1988; 305. (rus).Комаров А.А. Прогнозирование нагрузок от аварийных дефлаграционных взрывов и оценка послед ствий их воздействия на здания и сооружения : дис. … д­ра техн. наук. М. : МГСУ, 2001. 460 с.Komarov A.A. Forecasting of loads from emergency deflagration explosions and assessment of the consequences of their impact on buildings and structures : Dissertation … Doctor of Technical Sciences. Moscow, MGSU, 2001; 460. (rus).Gorev V.A., Korolchenko A. Impact of the idle run of a rotating easily dumped structure on pressure in the room // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 869. Issue 5. P. 052069. DOI: 10.1088/1757­899X/869/5/052069Gorev V.A., Korolchenko A. The effect of idling of a rotating easily resettable structure on the pressure in the room. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020; 869(5):052069. DOI: 10.1088/1757­899X/869/5/052069Поландов Ю.Х., Бабанков В.А. Влияние места расположения источника воспламенения в помещении на развитие взрыва газа // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2014. № 3. С. 68–76. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21639722Polandov Yu.Kh., Babankov V.A. Effect of location source of fire in the room on the development of gas explosion. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2014; 3:68­76. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21639722 (rus).Bauwens C.R., Chaffee J., Dorofeev S. Effect of ignition location, vent size, and obstacles on vented explosion overpressures in propane­air mixtures // Combustion Science and Technology. 2010. Vol. 182. Issue 11. Pp. 1915–1932. DOI: 10.1080/00102202.2010.497415Bauvens K.R., Chaffee J., Dorofeev S. The influence of the ignition site, the size of the vent and obstacles on the overpressure during an explosion in propane­air mixtures. Combustion Science and Technology. 2010; 182(11):1915­1932. DOI: 10.1080/00102202.2010.497415Гимранов Ф.М. Оценка последствий взрыва быто вого газа // Промышленная и экологическая безопасность. 2012. № 2 (64). С. 150–151.Gimranov F.M. Assessment of the consequences of an explosion of household gas. Industrial and environmental safety. 2012; 2(64):150­151. (rus).Чешко И.Д., Смирнов А.С., Тумановский А.А. Загорание утечек бытового газа, инициированное электрическими аварийными режимами // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. 2017. № 4 (25). С. 77–85.Cheshko I.D., Smirnov A.S., Tumanovsky A.A. Ignition of household gas leaks initiated by electrical emergency modes. Bulletin of the Voronezh Institute of GPS of the Ministry of Emergency Situations of Russia. 2017; 4(25):77­85. (rus).Korolchenko A.D. New protecting structures on buildings of explosive production // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1425. Issue. 1. P. 012011. DOI: 10.1088/1742­6596/1425/1/012011Korolchenko A.D. New protective structures on buildings of explosive production. Journal of Physics: Conference Series. 2020; 1425(1):012011. DOI: 10.1088/1742­6596/1425/1/012011Cen K., Tang J.Y., Zhang Y., Wang F., Zha S.X., Luo M. Safetymanagement effectiveness evaluation of indoor gas facilities based on SE­DEA // Oil & Gas Storage and Transportation. 2018. Vol. 37. Issue 5. Pp. 486–492, 532.Cen K., Tang J.Y., Zhang Yu., Wang F., Zha S.H., Lo M. Assessment of the effectiveness of safety management of indoor gas installations based on SE­DEA. Storage and Transportation of Oil and Gas. 2018; 37(5):486­492, 532.Cen K., Song B., Shen R., Zhang Y., Yu W., Wang Q. Dynamic characteristics of gas explosion and its mitigation measures inside residential buildings // Mathematical Problems in Engineering. 2019. Vol. 2019. Pp. 1–15. DOI: 10.1155/2019/2068958Cen K., Song B., Shen R., Zhang Y., Yu W., Wang Q. Dynamic characteristics of a gas explosion and measures to mitigate it inside residential buildings. Mathematical Problems in Technology. 2019; 2019:1­15. DOI: 10.1155/2019/2068958Xu Y., Yimiao H., Guowei M. A review on effects of different factors on gas explosions in underground structures // Underground Space. 2019. Vol. 5. Issue 4. Pp. 298–314. DOI: 10.1016/j.undsp.2019.05.002Xu Y., Yimiao H., Guowei M. Review of the influence of various factors on gas explosions in underground structures. Underground Space. 2019; 5(4):298­314. DOI: 10.1016/j.undsp.2019.05.002Lyapin A., Korolchenko A., Meshalkin E. Expediency of application of explosion­relief constructions to ensure explosion resistance of production buildings. MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 86. P. 04029. DOI: 10.1051/matecconf/20168604029Lyapin A., Korolchenko A., Meshalkin E. The expediency of using explosion­proof structures to ensure the explosion resistance of industrial buildings. MATEC Web of Conferences. 2016; 86:04029. DOI: 10.1051/matecconf/20168604029Корольченко О.Н., Корольченко А.Д. Определение давления вскрытия легкосбрасываемых конструкций с учетом ветровых нагрузок // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. Вып. 7. С. 914–921. DOI: 10.22227/1997­0935.2022.7.914­921Korolchenko O.N., Korolchenko A.D. Determining the burst pressure of vent structures with account taken of wind loads. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(7):914­921. DOI: 10.22227/1997­0935.2022.7.914­921 (rus).Koshiba Y., Hasegawa T., Kim B., Ohtani H. Flammability limits, explosion pressures, and applicability of le Chatelier’.rule to binary alkane– nitrous oxide mixtures // Journal of loss prevention in the process industries. 2017. Vol. 45. Pp. 11–19. DOI: 10.1016/j.jlp.2016.11.007Koshiba Yu., Hasegawa T., Kim B., Ohtani H. Limits of flammability, explosion pressure and applicability of the Le Chatelie.rule to binary mixtures of alkane– nitrous oxide. Journal of Loss Prevention in the Processing Industry. 2017; 45:11­19. DOI: 10.1016/j.jlp.2016.11.007Janès A. Hazard characterization and risks assessment of ATEX explosion, contribution to the improvement of industrial processes safety. Perrin, Laurent : Université de Lorraine. 2012. 160 p.Janes A. Hazard characterization and ATEX explosion risk assessment, contribution to improving the safety of industrial processes. Perrin, Laurent; University of Lorraine. 2012; 160.Pan Z., Zhang Z., Yang H., Zhang P., Zhu Y. Experimental and numerical investigation on flame propagation and transition to detonation in curved channel // Aerospace Science and Technology. 2021. Vol. 118. P. 107036. URL: cience/ article/pii/S1270963821005460 DOI: 10.1016/j.ast.2021.107036Pan Z., Zhang Z., Yang H., Zhang P., Zhu Yu. Experimental and numerical investigation of flame propagation and transition to detonation in a curved channel. Aerospace Science and Technology. 2021; 118:107036. URL: cience/article/ pii/S1270963821005460 DOI: 10.1016/j.ast.2021.107036Yang Z., Zhao K., Song X., Li B., Zhang D., Xie L. Effects of mesh aluminium alloys and propane addition on the explosion­suppression characteristics of hydrogen­air mixture // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46. Issue 70. Pp. 34998– 35013. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.08.035Yang Z., Zhao K., Song X., Li B., Zhang D., Xie L. The effect of mesh aluminum alloys and the addition of propane on the characteristics of suppressing the explosion of a hydrogen­air mixture. International Journal of Hydrogen Energy. 2021; 46(70):3499835013. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.08.035Kawabata M., Maeda K., Yamanaka M., Nakaoka T., Kawabata K.S., Aoki K., Anupama G. et al. Intermediate luminosity type Iax Supernova 2019muj with narrow absorption lines: Long­lasting radiation associated with a possible bound remnant predicted by the weak deflagration model // Publications of the Astronomical Society of Japan. 2021. Vol. 73. Issue 5. Pp. 1295–1314. DOI: 10.1093/pasj/psab075Kawabata M., Maeda K., Yamanaka M., Nakaoka T., Kawabata K.S., Aoki K., Anupama G. et al. Intermediate luminosity type Iax supernova 2019muj with narrow absorption lines: long­term radiation associated with a possible bound remnant predicted by the weak deflagration model. Publications of the Astron omical Society of Japan. 2021; 73(5):1295­1314. DOI: 10.1093/pasj/psab075Yücel F.C., Habicht F., Arnold F., King R., Bohon M., Paschereit C.O. Controlled autoignition in stratified mixtures // Combustion and Flame. 2021. Vol. 232. P. 111533. DOI: 10.1016/j.combustflame.2021.111533Yucel F.S., Habicht F., Arnold F., King R., Bokhon M., Paschereit S.O. Controlled spontaneous ignition in stratified mixtures. Gorenje i flam. 2021; 232:111533. DOI: 10.1016/j.combustflame.2021.111533Zou Y., Li C. Structure design and characteristic analysis of a foam jetting pig for high­sulfur gas­liquid mixed pipelines // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021. Vol. 94. P. 104070. DOI: 10.1016/j.jngse.2021.104070Zou Yu., Li S. Design of the structure and analysis of the characteristics of a foam jet device for pipelines with a high sulfur content mixed with gas-liquid mixtures. Journal of Science and Technology on Natural Gas. 2021; 94:104070. DOI: 10.1016/j.jngse.2021.104070Li C., Kang Y., Zhang Y., Luo H. Effect of double holes on crack propagation in PMMA plates under blasting load by caustics method // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2021. Vol. 116. P. 103103. DOI: 10.1016/j.tafmec.2021.103103Li S., Kang Yu., Zhang Yu., Lo H. The effect of double holes on the propagation of cracks in PMMA plates under explosive load by caustics. Theoretical and applied mechanics of destruction. 2021; 116:103103. DOI: 10.1016/j.tafmec.2021.103103Altunışık A.C., Önalan F., Sunca F. Effects of concrete strength and openings in infill walls on blasting responses of RC buildings subjected to TNT explosive // Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering. 2021. Vol. 45. Issue 4. Pp. 2525–2554. DOI: 10.1007/s40996­020­00563­xAltunyshyk A.S., Onalan F., Suncha F. The influence of the strength of concrete and holes in filling walls on the explosive reaction of RC buildings exposed to TNT explosives. Iranian Journal of Science and Technology, Proceedings of Civil Engineering. 2021; 45(4):2525­2554. DOI: 10.1007/s40996­020­00563­x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.