ГОСТ Р 70400.3-2023 Промышленность боеприпасов и спецхимии. Кабины перфорированные защитные для взрывоопасных производств. Технические требования и оценка прочности

        ГОСТ Р 70400.3-2023

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ БОЕПРИПАСОВ И СПЕЦХИМИИ

Кабины перфорированные защитные для взрывоопасных производств. Технические требования и оценка прочности

Ammunition and special chemistry industry. Perforated protective firing chambers for explosives facility sites. Technical requirements and strength evaluation

ОКС 91.080.40

Дата введения 2024-04-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Красноармейский научно-исследовательский институт механизации" (АО "КНИИМ")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 485 "Производственные объекты и процессы промышленности боеприпасов и спецхимии"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 августа 2023 г. N 714-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод расчета на прочность защитных кабин, изготовленных на основе перфорированных элементов, на действие квазистатических нагрузок, образованных при взрыве заряда внутри объема с ограниченным выхлопом продуктов детонации.

Настоящий стандарт распространяется на монолитные железобетонные кабины, имеющие одну или несколько поверхностей, выполненных на основе перфорированных панелей, и на кабины, полностью изготовленные из перфорированных панелей.

Кабина, выполненная с использованием перфорированных панелей, в случае взрыва заряда внутри нее способна полностью удержать осколки, ослабить воздушную ударную волну до заданного уровня. Перфорированные панели могут использоваться взамен двориков по ГОСТ Р 56298.

Стандарт предназначен для применения специалистами проектных и технологических организаций, проектирующих защитные сооружения для обеспечения безопасности персонала, зданий, сооружений и технологических процессов производства взрывчатых веществ, взрывчатых материалов и изделий военной техники на их основе.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 7473 Смеси бетонные. Технические условия

ГОСТ Р 56297 Кабины железобетонные защитные для взрывоопасных производств. Технические требования и оценка прочности

ГОСТ Р 56298 Дворики железобетонные защитные. Технические требования и оценка прочности

ГОСТ Р 70400.1 Промышленность боеприпасов и спецхимии. Термины и определения

СП 63.13330.2018 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения"

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил) в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 70400.1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 перфорированная кабина (perforated firing chamber): Кабина, у которой одна или несколько ограждающих поверхностей выполнены на основе перфорированных преград.

3.2 перфорированная панель; перфопанель (perforated panel): Плоский элемент перфорированной преграды, выполненный из металлопроката различного профиля, обеспечивающий снижение запреградного действия ВУВ и улавливание осколков.

3.3 защитное сооружение (protective structure): Сооружение, препятствующее непреднамеренному доступу персонала в зону действия опасного производственного фактора (осколки, ВУВ, тепловое излучение и т.п.), а также предназначенное для полной или частичной локализации случайного взрыва (загорания) и их запреградного действия (к защитным сооружениям относятся: кабины, взрывные камеры, дворики и т.д.).

3.4 защитное устройство (protective device): Конструкция, располагаемая на пути распространения поражающих факторов взрыва (пожара), предназначенная для снижения либо локализации действия этих факторов (к защитным устройствам относятся: земляные валы, траверсы, экраны, лабиринты, локализаторы, защитные двери, защитные ворота, шиберы, перфорированные преграды, противоосколочные навесы и т.д.).

4 Сокращения и обозначения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения и обозначения:

ВУВ - воздушная ударная волна;

К - консоль;

ШО - шарнирно-опертая балка;

ЗШ - балка с одним защемленным и другим шарнирно-опертым концами;

ЗЗ - балка с двумя защемленными концами;

a, a’ - толщина защитного слоя бетона в сжатой и растянутой зонах, м;

B, H, L - внутренние размеры кабины: ширина, высота, длина, м;

b - ширина балки (поверхность, воспринимающая нагрузку), м;

E - модуль упругости материала балки, Па;

h - высота сечения балки, м;

i* - приведенный импульс;

L - длина балки, м;

I - ширина перфопанели (проема), м;

N - поперечная сила в опорном сечении балки, Н;

P*- приведенное квазистатическое давление;

R - расстояние от центра массы сферического заряда до расчетной точки стены (перекрытия), м;

5 Технические требования

5.1 Кабины перфорированные защитные для взрывоопасных производств должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по проектной документации, утвержденной в установленном порядке.

5.2 В промышленности и на испытательных площадках используются следующие типы перфорированных кабин:

- кабины, ограждающие поверхности которых выполнены из перфорированных панелей;

- кабины железобетонные с использованием перфорированных панелей в качестве не разрушаемых поверхностей вместо крыши и на месте вышибного окна взамен двориков.

5.3 Для кабин, полностью выполненных из перфорированных панелей (см. рисунок 1), рекомендуется руководствоваться следующими техническими требованиями:

- кабины изготавливаются в виде цилиндра, либо в виде многогранной (6-8 и более граней) призмы, что обеспечивает наиболее равномерное распределение нагрузок на внутренние поверхности перфорированных панелей;

- при изготовлении перфорированных панелей используется материал из любого стандартного профиля (двутавр, рельс, швеллер, угловая, круглая, квадратная, шестигранная и другие стандартные профили сталей);

- при изготовлении перфорированных панелей профильная сталь распределяется таким образом, чтобы коэффициент перфорации обеспечивался в пределах 10-13%;

- перфорированные панели, образующие стены кабины, должны опираться на колонны, которые устанавливаются на анкерные болты;

- колонны на уровне пола и перекрытия должны иметь обвязку из металлопроката на номер выше, чем структурный элемент перфорированной панели;

- нижняя часть перфорированных панелей должна быть замоноличена в фундамент на глубину, обеспечивающую жесткое защемление балок;

- кабина должна иметь не менее трех обвязок, выполненных в виде бандажей; дополнительно кабина может быть усилена обвязками из стального троса диаметром от 18 до 22 мм с числом витков не менее 10;

- для обеспечения теплового режима кабина может быть оснащена легко разрушаемыми утеплительными элементами;

- входной проем должен выполняться в виде лабиринта для исключения сквозного выброса продуктов детонации и осколков.

5.4 Технические требования к кабинам железобетонным с использованием перфорированных панелей взамен двориков (см. рисунок 2) должны соответствовать требованиям настоящего стандарта и ГОСТ Р 56297.

Внутренний объем сооружения и расчетная масса эквивалентного источника должна удовлетворять соотношению

Рекомендуется не применять при строительстве кабин бетон класса ниже В15.

5.5 При размещении взрывоопасного материала внутри кабин должно обеспечиваться следующее условие: расстояние R от центра массы взрывоопасного продукта до ближайшей ограждающей поверхности должно быть не менее

Выбор конструкции перфопанелей, используемых при проектировании кабин, и оценка их прочности проводится на основании настоящего стандарта.

6 Расчет параметров нагружения ограждающих конструкций кабины при взрыве заряда внутри нее

При расчете прочности элементов перфорации используются следующие параметры их нагружения:

Расчет параметров квазистатических нагрузок в кабинах проводится на основе графоаналитических методов.

6.1 Расчет действующего квазистатического давления

1 - камера; 2 - перфопанель; 3 - модульный элемент; 4 - потолочное перекрытие; 5 - тамбур; 6 - бандаж; 7 - дверь

Рисунок 1 - Перфорированная кабина

1 - перфопанель; 2 - легко разрушаемый утеплительный элемент; 3 - вышибная поверхность; 4 - проем; 5 - защитная дверь

Рисунок 2 - Железобетонная кабина с перфопанелью

6.2 Расчет действующего квазистатического импульса и времени действия квазистатической нагрузки

6.3 Расчет коэффициентов перфорации для типовых структур

На рисунках 3-7 показаны поперечные сечения перфопанелей.

Высота перфопанели выбирается согласно проектной документации.

6.3.1 Перфорированная панель

Рисунок 3 - Перфорированная панель

l - ширина перфопанели, м;

i = 1... n - количество отверстий.

6.3.2 Перфорированная преграда из балок круглого профиля

Рисунок 4 - Перфорированная преграда из балок круглого профиля

I - ширина проема, м.

6.3.3 Перфопанель с гнездовым расположением уголков

Рисунок 5 - Перфорированная преграда с гнездовым расположением уголков

где I - ширина проема, м;

N - параметр, зависящий от расположения уголков в плане:

6.3.4 Перфопанель с последовательным расположением уголков

Рисунок 6 - Перфопанель с последовательным расположением уголков

где I - ширина проема, м.

6.3.5 Перфопанель с двутавровыми элементами

Рисунок 7 - Перфопанель с двутавровыми элементами

7 Расчет на прочность перфорированных панелей

Перфопанели изготавливаются в виде набора элементов, представляющих собой балки из различных металлических профилей (цилиндры, двутавры, швеллеры, уголки и т.п.). Несущая способность перфопанелей зависит от прочности элементов, из которых они изготовлены, при действии квазистатических нагрузок.

Расчеты на прочность элементов перфопанели проводятся на основе графического метода из предположения, что нагрузка равномерно распределена по всему пролету балки длиной L.

7.1 Расчет на прочность упругодеформируемой балки при действии квазистатической нагрузки

Расчет на прочность упругодеформируемой балки при действии квазистатической нагрузки производится с помощью диаграммы "изоповреждений", представленной на рисунке 8 для плоского изгиба упругодеформируемой балки.

На рисунке 8 по оси ординат отложен приведенный импульс

b - ширина балки (поверхность, воспринимающая действующую нагрузку), м;

h - высота сечения балки, м;

E - модуль упругости материала балки, Па;

По оси абсцисс на рисунке 8 отложено приведенное квазистатическое давление

L - длина балки, м;

На рисунке 8 обозначены безразмерные коэффициенты:

Порядок расчета проводится по следующей схеме:

- по формулам (16) и (17) рассчитываются приведенные давление и импульс i*, P*;

- по положению этой точки на диаграмме рисунка 8 определяют приведенное значение относительного напряжения, возникающего в сечении балки

n - заданный запас прочности.

7.2 Расчет на прочность балки в условиях упругопластических деформаций при действии квазистатической нагрузки

Для расчета балки при работе ее в условиях упругопластических деформаций используется диаграмма "изоповреждений", представленная на рисунке 9.

По оси ординат отложен приведенный импульс

по оси абсцисс - приведенное давление

Решая выражение (27), определяют величину относительной деформации

Прочность балки оценивают соотношением

что соответствует максимально допустимому углу прогиба стальной балки 6° или 0,1047 рад.

Рисунок 8 - Максимальные напряжения, поперечные силы и прогибы при упругом изгибе балок под действием взрывной нагрузки

Рисунок 9 - Диаграмма для упругопластического изгиба балок под действием взрывной нагрузки

8 Расчет на прочность железобетонных кабин с использованием перфопанелей взамен двориков

Прочность ограждающих поверхностей кабины (задней, боковых стен и покрытия) выполненных из железобетона с использованием перфопанелей взамен двориков характеризуется следующими тремя предельными стадиями:

Предельные прогибы для всех трех стадий определяют из следующих соотношений:

Максимальный прогиб стены (перекрытия) определяют по формуле

Кинематическая схема разрушения стен (перекрытия), выполненных из железобетона, принимается согласно рисунку 10.

Приведенную площадь стены (перекрытия) при определении силы нагружения при действии квазистатического давления определяют по формуле

Приведенную массу стены (перекрытия) определяют по формуле

где B, H - геометрические размеры по рисунку 10, м.

Силу внутреннего сопротивления стены (перекрытия) определяют по формуле

Погонные изгибающие моменты вдоль осей OX, OY определяют по формулам:

Рисунок 10 - Кинематическая схема разрушения стен (перекрытия) глухих помещений (вид с внешней стороны помещения)

9 Расчет параметров взрывных нагрузок за пределами перфорированной кабины

R - расстояние от центра массы сферического заряда до расчетной точки стены (покрытия) м;

Формула (41) справедлива при следующих ограничениях:

Импульс прошедшей волны i, Па·с, на расстоянии R равен

Формула (43) пригодна для расчета импульса при следующих ограничениях:

В приложении А приведен пример расчета кабины.

Приложение А

(справочное)

Пример расчета монолитной железобетонной кабины с перфопанелью взамен дворика

А.1 Исходные данные

Внутренние размеры кабины:

- длина L = 5,22 м;

- ширина B = 5,2 м;

- высота H = 6 м.

На расстоянии L = 5,22 м от задней стены кабины установлена перфопанель, имеющая следующие параметры, необходимые для расчета прочности кабины:

- площадь перфопанели F = B·H = 5,2·6 = 31,2 м;

- армирование кабины выполнено из арматуры класса А500 по ГОСТ 7473;

- процент армирования стен и перекрытия кабины составляет 1,34%;

- используется бетон класса В25 по ГОСТ 7473;

- a = 0,08 м - толщина защитного слоя бетона в сжатой зоне, м.

А.2 Расчет параметров действующих нагрузок

А.2.1 Расчет действующего квазистатического давления

А.2.2 Расчет действующего квазистатического импульса и времени действия квазистатической нагрузки

Используя формулы (5)-(10), проведем расчет действующего квазистатического импульса и времени действия квазистатической нагрузки:

- площадь сквозных отверстий в перфопанели (10):

- относительное давление (9):

- относительное время действия квазистатической нагрузки (8):

- безразмерный импульс (7):

- действующий квазистатический импульс (5):

- время действия квазистатической нагрузки (6):

А.3 Оценка несущей способности железобетонных стен кабины

Определим несущую способность задней стены кабины.

Масса единицы поверхности стены составит

Согласно формуле (36) приведенная масса стены составляет

Приведенная площадь стены по (35) равна

Оси координат соответствуют рисунку 10.

Динамическое расчетное сопротивление арматуры составит

Площади растянутой арматуры вдоль осей OX и OY (см. рисунок 10) будут:

Тогда согласно формулам (39, 40) погонные изгибающие моменты примут значения:

Предельный изгибающий момент на единицу длины диагональных линейных шарниров, согласно формуле (38), составит

При H = 6 м и B = 5,2 м из формулы (37) получим

По формуле (33) определим максимальный прогиб задней стены

По соотношениям (32) определим деформационные критерии:

Результаты расчетов представлены в таблице А.1.

Таблица А.1 - Расчетные стадии деформирования задней стены при армировании 1,34%

Таким образом, задняя стена кабины толщиной 0,6 м при уровне армирования 1,34% в случае взрыва заряда массой 10 кг в тротиловом эквиваленте способна выдержать параметры взрывных нагрузок при деформировании, соответствующем 1-й стадии, т.е. может использоваться многократно.

Аналогичным образом выберем толщину и процент армирования перекрытия, которое имеет размеры H = 5,22 м и B = 5,2 м.

Результаты представлены в таблице А.2.

Таблица А.2 - Расчетные стадии деформирования перекрытия при армировании 1,34%

Таким образом, перекрытие толщиной 0,6 м, при армировании 1,34% при взрыве заряда 10 кг работает по 1-й стадии деформирования и может выдержать многократное нагружение.

Боковые стены геометрически соразмерны перекрытию и также могут быть выполнены толщиной 0,6 м при армировании не менее 1,34%.

А.4 Оценка прочности перфопанели

В железобетонной кабине рисунка 2 вместо дворика используется перфопанель площадью F = B·H = 5,2·6 = 31,2 м.

На перфопанель в результате взрыва заряда в кабине действуют следующие нагрузки:

Перфопанель выполнена из двутавров N 24 по схеме рисунка 7. Для расчета используются следующие исходные данные:

- длина двутавра H = 6 м;

- ширина полки, воспринимающей нагрузку b = 0,115 м;

- высота сечения двутавра h = 0,24 м;

Расчет на прочность выбранного двутавра проведем из условия его работы как упруго-деформируемой балки при действии квазистатической нагрузки (см. 7.1).

Для этого вычислим приведенный импульс и приведенное давление по формулам (16) и (17)

Таким образом, в сечении двутавра N 24 возникает максимальное напряжение, равное по формуле (20)

Вычислим приведенный импульс и приведенное давление по формулам (25) и (26) соответственно

Вычислим максимальный прогиб двутавра в зоне упругопластических деформаций при загрузке кабины в 10 кг. Точка с координатами i*, P* лежит на линии "изоповреждений" рисунка 9, на которой приведенная деформация двутавра равна

Относительная деформация составит по формуле (29)

Максимальный прогиб при этом равен по формуле (30)

то есть при достижении прогиба двутавр N 24 не разрушается, а перфопанель, выполненная на основе двутавра N 24, сохраняет свои защитные свойства.