Методика расчета возможных разрушений зданий и сооружений при ЧС природного характера

Для прогнозирования возможной радиационной обстановки исходными данными являются:

• · координаты местоположения АЭС или эпицентра ядерного взрыва;
• · тип реактора, его энергетическая емкость или вид ядерного взрыва;
• · время начала выброса радиоактивных веществ в атмосферу, или время ядерного взрыва;
• · направление и скорость ветра;
• · степень вертикальной устойчивости приземной атмосферы.

При аварии на АЭС определяют показатели обстановки:

• · размеры (длина, ширина, площадь) зон радиоактивного заражения и их расположение на местности;
• · мощность гамма-излучения в любой точке следа радиоактивного выброса в любой момент времени;
• · дозу внешнего облучения людей в любой точке следа выброса;
• · время начала радиоактивного загрязнения местности;
• · количество людей, оказавшихся в зонах радиоактивного загрязнения.

При оценке практической радиоактивной обстановки при ядерном взрыве уровни радиации приводят к одному времени после ядерного взрыва и определяют показатели:

• · возможные дозы облучения;
• · допустимую продолжительность пребывания людей на радиоактивно-загрязненной местности;
• · время начала преодоления участка заражения, начала работ и назначение количества смен при выполнении аварийно-спасательных и других неотложных работ;
• · возможные радиационные потери работников, населения, личного состава формирований и др.

Главная цель прогнозирования радиационной обстановки — выявление и оценка трудоспособности работников, военнослужащих, остального населения.

Оценка радиационной обстановки включает два этапа:

• 1. выявление радиационной обстановки;
• 2. фактическую оценку обстановки.

Выявить радиационную обстановку — значит определить и нанести на рабочую карту (схему) зоны радиоактивного заражения (загрязнения) или уровни радиации в отдельных точках местности.

На начальном этапе выявления радиационной обстановки осуществляют прогнозирование возможной обстановки. Прогнозирование позволяет быстро принять необходимые предварительные решения, но его результаты могут значительно отличаться от фактической радиационной обстановки, поэтому они должны быть уточнены по данным разведки, полученным с помощью приборов.

Оценку фактической радиационной обстановки осуществляют в целях принятия необходимых мер защиты, обеспечивающих уменьшение (исключение) радиоактивного облучения, и определения наиболее целесообразных действий людей на зараженной (загрязненной) местности.

Расчеты, связанные с оценкой радиационной обстановки, ведут аналитическим способом с помощью формул, таблиц, графиков, номограмм и т. д.

Методику фактической оценки радиационной обстановки рассмотрим на примерах решения задач.

Задача 1. Привести уровни радиации к одному времени после взрыва.

Уровни радиации в ходе радиационной разведки измеряют, как правило, в различное время. Поэтому, для правильной оценки радиационной обстановки и нанесения ее на карту (схему) необходимо привести уровни радиации, измеренные в различных точках местности в разное время, к одному времени после взрыва. Это необходимо также для контроля за спадом уровней радиации. За эталон принимают, как правило, уровень радиации на один час после взрыва (Р₀).

Пересчет уровней радиации на 1 час производят по формуле.

.

Для решения задач используют табличные данные и номограммы, где приведены коэффициенты пересчета уровней радиации на любое значение времени.

.

Чтобы определить уровень радиации на 1 час после взрыва, необходимо измеренный уровень радиации умножить на величину коэффициента П, соответствующего времени измерения.

Пример. В 10 час. 15 мин. уровень радиации на территории объекта составил 25 Р/ч. Определить уровень радиации на объекте на 1 час после взрыва и зону, в которой находится объект, если ядерный удар нанести в 8 ч 15 мин.

Решение: Определяем время измерения уровня радиации с момента взрыва: 10.15 — 8.45 = 1 час. 30 мин.

Определяем коэффициент П.

.

Определяем уровень радиации на 1 час после взрыва.

.

Определяем зону — это зона, А (8+80 Р/ч) между центром (25 Р/ч) и внутренней границей зоны (80 Р/ч — табличные данные).

Задача 2. Определить возможные дозы облучения при действиях на местности, зараженной радиоактивными веществами.

Дозы облучения на зараженной местности можно определить с помощью индивидуальных дозиметров или при наличии приборов радиационной разведки путем измерения уровня радиации через равные промежутки времени, определить средний уровень радиации (Р_ср) за время нахождения в зоне заражения (Т) и затем рассчитать дозу по формуле.

.

где К_осл — коэффициент ослабления дозы, зависящий от условия расположения людей.

Задача 3. Определить допустимую продолжительность пребывания людей на зараженной местности.

Для решения этой задачи необходимы следующие исходные данные:

• · время начала облучения (входа в зараженную зону);
• · установленная доза облучения;
• · коэффициент ослабления радиации.

Задача может быть решена по формуле.

.

где Р₀ = Р₁ — уровень радиации на 1 час; t_Н, t_К — соответственно время начала и окончания облучения, при этом предварительно определяют условную (табличную) установленную дозу.

.

Пример. Определить допустимую продолжительность пребывания работников на зараженной территории, если работы начались через 2 ч (t_вх) после взрыва, уровень радиации на это время составил Р_вх = 100 Р/ч, установленная доза облучения D_у = 25 Р. Работники работают в здании с К_осл = 10.

Решение. Рассчитаем отношение.

.

По таблице [3, прил. 10] находим допустимую продолжительность пребывания на зараженной местности (Т) Т = 5 ч 30 мин.

Задача 4. Определить вероятные радиационные потери. Их определяют в зависимости от величины полученной дозы облучения и времени (длительности) ее получения [3, прил. 10].

Оценка химической обстановки осуществляется прогнозированием и по данным разведки при авариях на химически опасных объектах (ХОО).

Неблагоприятная химическая обстановка может сложиться на определенной территории при авариях на технологических емкостях и хранилищах, при транспортировке СДЯВ (ОВ) железнодорожным, трубопроводным и другими видами транспорта, а также в случае разрушения химически опасных объектов при стихийных бедствиях.

Выброс СДЯВ в атмосферу может произойти в газообразном, парообразном или аэрозольном состоянии.

Опасность поражения людей СДЯВ или ОВ требует быстрого выявления и оценки химической обстановки для организации аварийно-спасательных и других неотложных работ и учета ее влияния на производственные процессы и жизнедеятельность людей.

Под оценкой химической обстановки понимают определение масштаба и характера заражения СДЯВ и ОВ, анализ их влияния на деятельность объектов и населения.

Исходными данными для оценки химической обстановки при применении ОВ являются: тип ОВ, район и время применения химического оружия, метеоусловия, характер местности, степень защищенности людей.

Для этого необходимо определить:

• · границы очага химического поражения, площадь зоны заражения и тип ОВ;
• · глубину распространения зараженного воздуха;
• · стойкость ОВ на местности;
• · время пребывания людей в средствах защиты;
• · возможные потери в очаге химического поражения.

Масштабы заражения СДЯВ в зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния рассчитывают по первичному и вторичному облаку:

• · для сжиженных газов — отдельно по первичному и вторичному облаку;
• · для сжатых газов — только по первичному облаку;
• · для ядовитых жидкостей, кипящих при температуре выше температуры окружающей среды, — только по вторичному облаку.

Исходными данными для прогнозирования масштабов заражения СДЯВ являются:

• o общее количество СДЯВ на объекте и данные по размещению их запасов в емкостях и технологических трубопроводах;
• o количество СДЯВ, выброшенных в атмосферу и характер их разлива на подстилающей поверхности;
• o высота поддона или обваловки складских емкостей;
• o метеоусловия: температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 м, степень вертикальной устойчивости воздуха;
• o топографические условия местности и характер застройки;
• o степень защищенности людей.

При заблаговременном прогнозировании масштабов заражения (загрязнения) на случай производственной аварии в качестве исходных данных рекомендуется принимать:

• · за величину выброса СДЯВ (Q₀) — объем единичной емкости (технологической, складской, транспортной), а для сейсмических районов — общий запас СДЯВ;
• · метеоусловия — скорость ветра 1 м/с, степень вертикальной устойчивости воздуха — инверсия.

Для прогнозов масштабов заражения непосредственно после аварии берут конкретные данные о количестве выброшенного (разлившегося) СДЯВ и реальные метеоусловия.

Внешние границы районов заражения СДЯВ рассчитывают по поражающей токсодозе при ингаляционном воздействии на организм человека. При расчетах принимаются следующие допущения:

• · емкости, содержащие СДЯВ, при аварии разрушаются полностью;
• · толщина слоя жидкости h для СДЯВ, разлившихся свободно на подстилающей поверхности, принимается равной 0,05 м и по всей площади разлива; для СДЯВ, разлившихся в поддон или обваловку (h = H-0,2, где Н — высота поддона (обваловки), м).

Предельное время пребывания людей в зоне заражения и продолжительность сохранения неизменными метеоусловий (степень вертикальной устойчивости воздуха, направление и скорость ветра) составляют 4 часа.

Первичное облако — облако СДЯВ, образующееся в результате мгновенного (1−3 мин) перехода в атмосферу части содержания емкости со СДЯВ при ее разрушении.

Вторичное облако — это облако СДЯВ, образующееся в результате испарения разлившегося вещества с подстилающей поверхности.

При оценке химической обстановки, сложившейся в результате аварии с выбросом СДЯВ, выполняют:

• · расчет глубины зоны заражения;
• · определение площади зоны заражения;
• · определение времени подхода зараженного воздуха к объекту;
• · определение продолжительности поражающего действия СДЯВ;
• · определение вероятных потерь в зависимости от степени защищенности работников и населения.

Количественные характеристики выброса СДЯВ для расчета масштабов заражения определяют по их эквивалентным значениям.

Эквивалентные значения количества вещества по первичному облаку, т, определяют по формуле.

.

где К₁ — коэффициент, зависящий от условия хранения СДЯВ (для сжатых газов К₁ = 1); К₃ — коэффициент, равный отношению поражающей токсодозы хлора к поражающей токсодозе другого СДЯВ; К₅ — коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха (при инверсии — 1, изотермии — 0,23, конвекции — 0,08); К₇ — коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха; Q₀ — количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества.

При авариях на хранилищах сжатого газа величина Q₀ рассчитывается по формуле.

.

где d — плотность СДЯВ, т/м³; Vх — объем хранилища, м³.

При аварии на газопроводе величина Q₀ рассчитывается по формуле.

.

где n — процентное содержание СДЯВ в природном газе; V_т — объем секции газопровода между автоматическими отсеками, м³.

Эквивалентное количество по вторичному облаку рассчитывают по формуле.

.

где К₂ — коэффициент, зависящий от физико-химических свойств СДЯВ;

К₄ — коэффициент, зависящий от скорости ветра; К₆ — коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала аварии; d — плотность СДЯВ, т/м³; h — толщина слоя СДЯВ, м.

Коэффициенты К₁, К₂, К₃, К₄, К₆, К₇ даны в таблицах [13, табл. 3].

Значения глубины зоны заражения по первичному и вторичному облаку находят по [13, табл. 1] в зависимоcти от полученных значений Q_Э1 и Q_Э2 и скорости движения воздуха. Полную глубину зоны заражения Г, км, определяют по формуле.

.

где и — соответственно наибольший и наименьший из размеров Г₁ и Г_2.

Продолжительность поражающего действия СДЯВ определяется временем его испарения с площади разлива по формуле.

.

Время подхода облака зараженного воздуха к объекту определяют по формуле.

.

где х — расстояние от источника заражения до заданного объекта, км; V — скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/ч.

Площадь зоны возможного заражения первичным (вторичным) облаком СДЯВ определяют по формуле.

.

где Г — глубина зоны заражения, км; j — угловые размеры зоны заражения, зависящие от скорости ветра (табл. 1).

Таблица 1 Значения угловых размеров зоны заражения в зависимости от скорости ветра.

Оценка инженерной обстановки в ЧС. Под инженерной обстановкой понимают степень разрушения зданий и сооружений, состояние дорог и проездов, оказавшихся в очаге поражения.

В результате разрушения зданий и сооружений в городах и на объектах образуются сплошные и местные завалы.

Характер завалов определяется главным образом высотой зданий, плотностью застройки, шириной улиц и величиной избыточного давления во фронте ударной волны.

Ориентировочно высоту завалов можно определить по формуле.

.

где Н_х — высота завала на расстоянии L_х от здания, м; Н_З — высота завала в пределах контура здания, м; L — дальность разлета обломков, м; Н_З и L — определяются по таблицам [6, 3.40] в зависимости от давления во фронте ударной волны, этажности зданий и материала, из которого выполнена конструкция здания (табл. 2.).

Таблица 2. Величина избыточного давления, при которой образуются сплошные завалы.

В зонах, где избыточное давление во фронте ударной волны меньше значений, приведенных в табл. 2.2, возможно образование местных завалов на улицах и проездах.

Избыточное давление во фронте ударной волны, кгс/см² или кПа, при взрыве взрывчатого вещества в зависимости от расстояния определяется по формуле.

.

где R — радиус от центра взрыва до рассматриваемой точки, м;

С_ЭФ — эффективная масса заряда взрывчатого вещества, приведенного к тротилу, кг,.

.

где G — масса взрывчатого вещества, кг; К — коэффициент качества взрывчатого вещества (К для гексогена равен — 1,28, тритонола — 1,53, аммонита — 0,94, пикриновой кислоты — 0,97).

Радиус зоны разрушения (полного, сильного, среднего, слабого) в зависимости от вида и качества взрывчатого вещества определяется по формуле.

.

где d — толщина стен, м.

Толщину стен принимают:

• · для панельных зданий — 0,3 м;
• · для кирпичных зданий — 0,5 м.

Предполагаемую степень поражения объекта Д можно определить по формуле.

.

где S_Р — площадь разрушений, м², при определенных значениях ;

S_ОНК — площадь территории объекта, м².

При разрушении емкости с жидким топливом происходит взрыв горюче-воздушной смеси (ГВС), т. е. паров топлива, скапливающихся в свободном объеме между верхней поверхностью жидкости и крышкой резервуара.

При взрыве горюче-воздушной смеси образуются три зоны (рис. 1):

• · зона I — бризантного действия в пределах облака ГВС с примерно одинаковым избыточным давлением в пределах 17 кгс/см², радиус зоны R₁ зависит от массы продукта Q и может составить при Q, равном 10, 100, 500, 1000 т, соответственно 40, 90, 150 и 190 м;
• · зона II — действия продукта взрыва, где избыточное давление постепенно падает и на границе составляет примерно 3 кгс/см², радиус действия продуктов взрыва R₂ в среднем в 1,7 раза больше радиуса первой зоны, т. е. R₂ = 1,7 R₁;
• · зона III — действия воздушной ударной волны, это действие аналогично действию ударной волны ядерного взрыва.

Рис. 1. Зоны поражения при взрыве горюче-воздушной смеси

В зонах I и II все наземные здания и сооружения разрушаются полностью.

Характер поражения объекта при взрыве горюче-воздушной смеси оценивают в следующей последовательности.

• 1. Выявляют источники взрыва ГВС и определяют массу топлива в них.
• 2. пользуясь законом подобия взрывов, рассчитывают расстояния от центра ГВС (от источника взрыва) до изолиний с избыточным давлением, вызывающим слабое, среднее и сильное разрушения основных сооружений и устройств объекта (зданий, железнодорожных путей, устройств СЦБ и связи, путепроводов, водонапорных башен, контактной сети и др.). Исходные данные выбираются из табл. 3.

Таблица 3. Зависимость избыточного давления и радиуса действия ударной волны.

Закон подобия взрывов имеет вид.

.

где R₁, R₂ — расстояния от центра взрыва, соответственно определяемые и известные при взрыве ГВС массой 1000 т (см. табл. 3); Q₁ и Q₂ — массы дизельного топлива, соответственно находящегося на объекте и 1000 т.

3. С учетом удаления каждого здания и сооружения от центра взрыва определяют вероятный (табл. 4) характер их разрушения и оценивают ущерб, который может быть нанесен объекту при взрыве ГВС.

Полное разрушение сооружений наступает при значении избыточного давления, превышающем верхнюю границу для сильных разрушений.

Для того чтобы определить сопротивляемость сооружения действию ударной волны, необходимо узнать предел его устойчивости — максимальное избыточное давление во фронте ударной волны, при котором функционирование данного сооружения не прекращается либо оно возобновляется в возможно короткие сроки. За предел устойчивости сооружений принимается нижняя граница D Р_Ф для средних разрушений. Предел устойчивости объекта в целом определяется минимальным пределом устойчивости сооружений из числа тех, от которых зависит производственный (перевозочный) процесс.

Таблица 4. Избыточное давление, кгс/см² во фронте ударной волны, вызывающее разрушение зданий и основных сооружений железных дорог.

После оценки устойчивости объекта к воздействию ударной волны взрыва ГВС намечают мероприятия по уменьшению ущерба. В общем случае на железнодорожной станции такими мероприятиями могут быть заглубление или обвалование емкостей склада топлива, вынос обработки вагонопотоков с топливно-смазочными материалами на промежуточные станции, вывод поездов и вагонов с топливом по сигналам ГО за пределы станции и другие мероприятия.