Методика оценки воздействия поражающих факторов ядерного взрыва.

 

Основные поражающие факторы, которые представляют главную опасность для наземных объектов, — ударная волна, световое излучение, вторичные поражающие факторы и радиоактивное заражение. Для некоторых объектов необходимо учитывать воздействие проникающей радиации и электромагнитного импульса ядерного взрыва. Расчет параметров проникающей радиации и некоторые сведения о радиационной стойкости материалов и элементов, применяемых в радио-, электро-, оптической и фотоаппаратуре, приведены в приложениях 3 и 5, а более полные данные в [7, 10]. Воздействие электромагнитного импульса в основном представляет опасность для предприятий, имеющих антенные устройства, большой протяженности линий связи и линии электропередач, а также электронные системы, методики оценки которых даны в [12, 13].

В качестве критериев оценки физической устойчивости приняты:

— при воздействии ударной волны — избыточные давления, при которых элементы производственного комплекса не разрушаются (не повреждаются) или получают такие повреждения или разрушения (слабые и средние разрушения), при которых они могут быть восстановлены в короткие сроки;

— при воздействии светового излучения — максимальные значения световых импульсов, при которых не происходит загорание материалов, сырья, оборудования, зданий и сооружений;

— при воздействии вторичных факторов поражения — избыточные давления, при которых происходящие разрушения и повреждения не приводят к авариям, пожарам, взрывам, затоплениям, опасному заражению местности и атмосферы, т. е. к поражению людей и выходу из строя средств производства.

Оценка физической устойчивости объекта производится последовательно по воздействию каждого поражающего фактора, а также вторичных факторов поражения. Эта оценка включает:

определение видов поражающих факторов, воздействие которых возможно на объект, и их параметров;

воздействие ударной волны на элементы объекта;

возможность возникновения пожаров;

воздействие вторичных поражающих факторов;

общие выводы (заключение) по физической устойчивости объекта к воздействию поражающих факторов возможного ядерного взрыва.

Определение физической устойчивости элементов объекта производится по избыточным давлениям во фронте ударной волны от 5кПа (0,05 кгс/см²) и кончая давлением, разрушающим данный элемент. Одновременно учитывается воздействие светового излучения и вторичных факторов поражения. Если имеются данные о предполагаемом виде, мощности, месте ядерного взрыва и метеорологических условиях, то параметры поражающих факторов могут быть рассчитаны. Пример такого расчета приведен в приложении 3.

Объекты в силу различного назначения, профиля и специализации отличаются друг от друга по конструкции зданий и сооружений, составу оборудования и технологической оснастке. Вместе с тем следует считать, что для всех промышленных объектов методика оценки устойчивости их работы при воздействии поражающих факторов ядерного взрыва может быть едина. Имеющиеся же особенности и различия в элементах производства каждого объекта должны учитываться при проведении конкретных расчетов.

Методика оценки воздействия ударной волны. Действие ударной волны на объект характеризуется сложным комплексом нагрузок: избыточным давлением, давлением отражения, давлением скоростного напора, давлением затекания, нагрузкой от сейсмовзрывных волн и т. д. Значение их зависит в основном от вида и мощности взрыва, расстояния до объекта, конструкции и размеров элементов объекта, ориентации относительно направления на взрыв, места расположения зданий и сооружений в общей застройке объекта и отдельных элементов производства в помещениях зданий, рельефа местности и некоторых других факторов. Учесть их в совокупности для каждого элемента объекта, как правило, невозможно. Поэтому сопротивляемость элементов действию ударной волны принято характеризовать избыточным давлением во фронте ударной волны. Иными словами, считают, что значения избыточных давлений, вызывающих одни и те же степени разрушения элементов, практически не зависят от мощности и высоты наиболее вероятных ядерных взрывов.

Определение степени разрушения или повреждения элементов объекта при воздействии ударной волны производится в следующем порядке:

1. Изучаются исходные данные и определяются параметры ударной волны.

2. Для установленных значений избыточных давлений оценивается степень разрушения рассматриваемых элементов.

3. Одновременно с непосредственным разрушающим действием ударной волны оценивается возможность возникновения вторичных факторов поражения.

4. По степени разрушения слабого элемента объекта определяется степень разрушения объекта в целом.

Исходными данными для оценки физической устойчивости являются: конструктивные особенности элемента, его форма; вес элемента (оборудования, прибора); габариты (длина, ширина, высота, диаметр и т. п.), прочностные характеристики и другие необходимые сведения для оценки сопротивляемости элемента воздействию механических нагрузок.

Оценка степени разрушений зданий и сооружений, защитных сооружений ГО, энергетического оборудования и сетей, станочного и технологического оборудования, измерительной аппаратуры, средств связи и оповещения, транспортных и других средств может производиться методами: сравнения имеющихся справочных данных для рассматриваемого вида или аналогичного ему элемента; расчета воздействия ударных нагрузок и сил смещения на элемент.

Метод расчета предусматривает определение динамических нагрузок, создаваемых избыточным давлением во фронте ударной волны, и реакцию элемента на эти нагрузки. Способы расчета параметров ударной волны были рассмотрены в гл. 2, некоторые инженерные методы расчетов воздействия динамических нагрузок ударной волны на отдельные конструкции приведены в приложении 4.

Сравнительная оценка сопротивляемости действию ударной волны элементов объекта проводится на основе анализа справочных данных. Возможные степени разрушения элементов объекта: зданий, сооружений и транспорта в зависимости от избыточного давления во фронте ударной волны приведены в табл. 26; оборудования, энергетических сооружений и сетей — в табл. 27. Они составлены по источникам иностранной литературы на основании статистических данных, полученных при анализе разрушений в городах Хиросима и Нагасаки, а также экспериментальных исследований [5,6, 13]. Справочные данные могут пополняться сведениями, полученными в результате расчетов при конструировании новых элементов.

Пример оценки физической устойчивости элементов объекта к воздействию ударной волны показан в табл. 28. Степень разрушений зданий, оборудования, трубопроводов, линий связи в зависимости от избыточного давления во фронте ударной волны оценивалась методом сравнения на основании данных, имеющихся в табл. 26, 27, степень разрушения блоков программных устройств к станкам — методом расчета: определялись возможные механические нагрузки, создаваемые ударной волной, и устанавливался характер повреждения блоков при воздействии этих нагрузок. В результате этих расчетов установлено, что блок программных устройств в цехе № 1 будет смещен со своего места и получит слабое разрушение при среднем избыточном давлении 11 кПа, будет опрокинут (свален) и получит среднее разрушение при 17 кПа (см. примеры расчета в приложении 4).

Из данных табл. 28 следует: здание цеха № 1 получит средние разрушения при избыточном давлении 35 кПа, слабые разрушения — при 25 кПа и не будет разрушено (кроме остекления) — до 20 кПа; тяжелое крановое оборудование — при 40, 25 и 20 кПа, станки — при 50, 33 и 25 кПа, блоки программных устройств к станкам— при 17, 11 и 8 кПа, трубопроводы на эстакаде — при 35, 25 и 20 кПа соответственно (для средних и слабых разрушений приведены средние значения избыточных давлений). Таким образом, наиболее уязвимым элементом цеха № 1, имеющим существенное значение для функционирования производства, являются блоки программных устройств к станкам.

На основании проведенной оценки могут быть установлены целесообразные пределы (уровень) повышения физической устойчивости уязвимых элементов. Таким уровнем для цеха № 1 является избыточное давление во фронте ударной волны 40 кПа (0,4 кгс/см²), при превышении которого возможно сильное разрушение здания цеха, а следовательно, и кранового оборудования, восстановление которого в военное время нецелесообразно.

В процессе оценки характера разрушения каждого элемента и цеха в целом определяют возможность образования вторичных факторов поражения, определяется степень разрушения цеха (объекта) в целом.

Оценка возможности возникновения пожаров на объекте. Возможность возникновения очагов воспламенения и горения устанавливается по данным возгораемости материалов; вторичным факторам поражения, вызванным воздействием ударной волны (разрушение печей, газопроводов, порывы и пробои электропроводки, кабелей и т. п.).

Данные по загораемости материалов и изделий от светового излучения при взрывах ядерных боеприпасов крупного калибра приведены в табл. 29 [5, 6, 13]. Для материалов и изделий, не указанных в таблице, световой импульс можно рассчитать по их температуре загорания (нагрева) [3, 13]:

Здесь ∆T — повышение температуры материала с освещенной стороны, °С; U? — количество светового излучения, которое поглощается единицей поверхности материала (тепловой импульс), кДж/м²; λ— коэффициент теплопроводности, кВт/(м-К); Cυ — удельная теплоемкость вещества, кДж/(м³-К); —время наступления наибольшей температуры огненного шара (с), где q — мощность взрыва, т; А — коэффициент поглощения световой энергии материалом; α — угол между направлением распространения света и перпендикуляром к освещенной поверхности.

Образование очагов пожаров и их развитие зависит также от степени огнестойкости зданий и сооружений и пожароопасности технологических процессов.

 

Таблица 26

 

Наименование элементов объекта	Степень разрушения и избыточное давление
сильное	среднее	слабое
кПа	кгс/см2	кПа	кгс/см2	кПа	кгс/см2
Здания
Промышленное с металлическим или железобетонным каркасом	60—50	0,6—0,5	50—40	0,5—0,4	40—20	0,4—0,2
Многоэтажное административное с металлическим или железобетонным каркасом	50—40	0,5—0,4	40—30	0,4-0,3	30—20	0,3—0,2
Кирпичное многоэтажное (3 этажа и более)	30—20	0,3—0,2	20—10	0,2—0,1	10—8	0,1—0,08
Кирпичное одно, и двухэтажное	35—25	0,35—0,25	25—15	0,25—0,15	15—8	0,15—0,08
Деревянное	20—12	0,2—0,12	12—8	0,12—0,08	8—6	0,08—0,06
Остекление промышленного и жилого зданий	3—2	0,03—0,02	2—1	0,02—0,01	1—0,6	0,01—0,006
Остекление из армированного стекла	6—3	0,06—0,03	3—2	0,03—0,02	2—1	0,02—0,01
Промышленное с металлическим каркасом и крановым оборудова-нием грузоподъемностью 25—50 т	50—40	0,5—0,4	30—40	0,4—0,3	30—20	0,3—0,2
Мосты, дороги
Мост металлической конструкции с пролетом 30—45 м	250— 200	2,5—2,0	200— 150	2,0—1,5	150— 100	1,5—1,0
Мост железобетонный с пролетом 25 м	200— 150	2,0—1,5	150— 100	1,5-1,0	100—	1,0—0,5
Мост деревянный		1,0	80—50	0,8—0,5	50—20	0,5—0,2
Шоссейная дорога с асфальтовым и бетонным покрытием
Железобетонное полотно		3,0	300— 150	3,0-1,5	150—	1,5—1,0
Взлетно-посадочная площадка аэродрома
Транспорт
Тепловоз, электровоз	150— 100	1,5-1,0	100—	1,0—0,7	70—50	0,7—0,5
Железнодорожный вагон и цистерна	90—60	0,9—0,6	60—40	0,6—0,4	40—20	0,4—0,2
Самолет транспортный	25—15	0,25—0,15	15—10	0,15—0,1	10—9	0,1—0,09
Гусеничный тягач и трактор		0,6	60—40	0,6—0,4	40—30	0,4—0,3
Грузовые автомашина и автоцистерна		0,5	50—40	0,5—0,4	40—20	0,4—0,2
Транспортное судно	100— 80	1,0—0,8	80—60	0,8—0,6	60—30	0,6—0,3
Защитные сооружения
Убежище, расположенное отдельно, рассчитанное на: 350 кПа (3,5 кгс/см2) 100 кПа (1 кгс/см2)		7,5	750— 600	7,5—6,0	600 - 400	6,0—4,0
	2,0	200— 150	2,0—1,5	150 - 100	1,5—1,0
Подвальное, рассчитанное на: 100 кПа (1 кгс/см2) 50 кПа (0,5 кгс/см2)		1,5 1,0	150— 100 100—40	1,5—1,0 1,0—0,4	100— 70 40-30	1,0—0,7 0,4—0,3
Подвал (без усиления несущих конструкций)		1,0	100—30	1,0—0,3	30—20	0,3—0,2
Деревоземляное противорадиа-ционное укрытие, рассчитанное на 30 кПа (0,3 кгс/см2)		0,8	80—50	0,8—0,5	50—30	0,5—0,3