Экспериментальное определение устойчивости сборных металлических конструкций к взрывным нагрузкам

Введение. Аварийные газовые взрывы происходят как на производственных объектах, так и в жилых зданиях. Был проведен анализ нормативных документов в области взрывоустойчивости зданий и конструкций, подверженных аварийному взрыву, который выявил отсутствие требований к ним по взрывоустойчивости и методов испытаний их на устойчивость к дефлаграционному аварийному взрыву.

Цель. Коллективом Института комплексной безопасности в строительстве Национального исследовательского Московского государственного строительного университета (ИКБС НИУ МГСУ) была разработана методика испытаний по определению устойчивости сборных металлических конструкций к воздействию дефлаграционного взрыва газопаровоздушной смеси и проведено исследование, включающее два эксперимента и анализ результатов с целью определить возможность применения ограждающих конструкций в области взрывозащиты зданий и сооружений от избыточного давления дефлаграционного взрыва.

Материалы и методы. Исследования проводились с использованием стенда для испытаний легкосбрасываемых конструкций (ЛСК) по ГОСТ Р 56289. В качестве образцов для испытаний были применены сборные металлические конструкции, состоящие из стеновых сэндвич-панелей толщиной 200 мм и металлического каркаса из двух стальных труб сечением 100 мм. В процессе исследований контролировалось разрушение замкового соединения стыка панелей и полное разрушение ограждающей конструкции.

Результаты и их обсуждение. Исследования показали, что при избыточном давлении взрыва 17–18 кПа и времени воздействия взрывной нагрузки не менее 250 мс наблюдалась значительная деформация конструкции с остаточным прогибом. Полное разрушение конструкции происходило при интенсивности динамического воздействия во взрывной волне 45–47 кПа и времени воздействия взрывной нагрузки около 400 мс.

Выводы. Установлено, что сборная металлическая конструкция, состоящая из стеновых сэндвич-панелей и металлического каркаса, может быть использована в качестве взрывоустойчивого защитного ограждения на производственных объектах при расчете взрывных нагрузок. Предложено несколько вариантов повышения устойчивости конструкции к воздействию дефлаграционного взрыва.

1. Xia Z., Wang X., Fan H., Li Y., Jin F. Blast resistance of metallic tube-core sandwich panels // International Journal of Impact Engineering. 2016. Vol. 97. Pp. 10–28. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2016.06.001

2. Ahmed S., Galal K. Effectiveness of FRP sandwich panels for blast resistance // Composite Structures. 2017. Vol. 163. Pp. 454–464. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.11.066

3. Комаров А.А. Прогнозирование нагрузок от аварийных дефлаграционных взрывов и оценка последствий их воздействия на здания и сооружения : дис. … д-ра техн. наук. М. : МГСУ, 2001. 492 с.

4. Bradly D. Evolution of flame propagation in large diameter explosions // Proceedings of 2nd International Seminar on Fire-and-Explosion Hazard of Substances and Venting Deflagrations. Molkov V.V. (ed.). Moscow : All-Russian Research Institute for Fire Protection, 1997. Pp. 51–59.

5. Solberg D.M. Observations of flame instabilities in large scale vented gas explosions // 18th Symposium (International) the combustion institute. 1980. Pp. 1607–1614.

6. Molkov V.V., Grigorash A.V., Eber R.M. Vented gaseous deflagrations: Modelling of springloaded inertial vent covers // Fire Safety Journal. 2005. Vol. 40. Issue 4. Pp. 307–319. DOI: 10.1016/j.firesaf.2005.01.004

7. Громов Н.В., Корольченко А.Д. Испытания сэндвич-панелей на взрывоустойчивость // Новые технологии и перспективы развития во взрывной отрасли : тезисы докл. первой науч.-практ. конф. Уфа, 2022. С. 20–22. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49528850

8. Максакова А.В. Исследование нормативной документации на тему легкосбрасываемой конструкции и предложение по его изменению // Молодежные инновации : сб. мат. семинара мол. уч. в рамках XXIII Междунар. науч. конф. М., 2020. С. 144–147. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49528850

9. Bauwens C.R., Chaffee J., Dorofeev S. Effect of instabilities and acoustics on pressure generated in vented propane-air explosions // 22nd ICDERS July 27–31, 2009. Minsk, Belarus. 2009. URL: http://www.icders.org/ICDERS2009/abstracts/ICDERS2009-0058.pdf

10. Gorev V.A. Scale model operation of formation of pressure at internal explosion // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1425. P. 012177. DOI: 10.1088/1742-6596/1425/1/012177

11. Пилюгин Л.П. Обеспечение взрывоустойчивости зданий с помощью предохранительных конструкций. М. : Пожнаука, 2000. 224 с.

12. Шлег А.М. Определение параметров легкосбрасываемых конструкций : дис. … канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2002. 201 с.

13. Поландов Ю.Х., Корольченко Д.А., Евич А.А. Условия возникновения пожара в помещении при газовом взрыве. Экспериментальные данные // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 1. С. 9–21. DOI: 10.18322/PVB.2020.29.01.9-21

14. Korоlchenko D., Polandov Iu.K., Evich A. On ignition of combustible material in a gas explosion in the premise // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 869. Issue 5. P. 052056. DOI: 10.1088/1757-899X/869/5/052056

15. Korоlchenko D., Polandov Iu.K., Evich A. Dynamic effects at internal deflagration explosions // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 603. Issue 5. P. 052008. DOI: 10.1088/1757-899X/603/5/052008

16. Комаров А.А., Корольченко Д.А., Фан Т.А. Особенности определения коэффициента динамичности при импульсных нагрузках // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2018. Т. 27. № 2–3. С. 37–43. DOI: 10.18322/PVB.2018.27.02-03.37-43

17. Polandov Iu., Korolchenko D. The consideration of the turbulence influence on the gas explosion expansion in non-closed areas // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 106. P. 01040. DOI: 10.1051/matecconf/201710601040

18. Громов Н.В. Совершенствование технической системы обеспечения взрывоустойчивости зданий при взрывах газо-паровоздушных смесей : дис. … канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2007. 134 с.

19. Стрельчук Н.А., Орлов Г.Г. Определение площади вышибных конструкций в зданиях взрывоопасных производств // Промышленное строительство. 1969. № 6. С. 19–22.

20. Yankelevsky D., Kochetkov A.V., Feldgun V.R., Karinski Y.S. A simplified model for explosion venting due to the separation of a heavy protective cover // International Journal of Protective Structures. 2012. Vol. 3. Issue 1. Pp. 81–103. DOI: 10.1260/2041-4196.3.1.81