ГОСТ Р 56297-2014 Кабины железобетонные защитные для взрывоопасных производств. Технические требования и оценка прочности.
ГОСТ Р 56297-2014
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАБИНЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Технические требования и оценка прочности
Reinforced concrete blast containment chambers for explosives facility sites. Technical requirements and strength assessment
ОКС 91.080.40
589400
Дата введения 2015-07-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Красноармейский научно-исследовательский институт механизации" (ОАО "КНИИМ")
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 декабря 2014 г. N 1969-ст с 1 июля 2015 г.
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). 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 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 (gost.ru)
1 Область применения
Стандарт устанавливает метод расчета кабин на импульсное действие ударной волны (УВ) в зависимости от величины, химической природы заряда взрывчатого вещества, находящегося в кабине, и его расположения.
Настоящий стандарт распространяется на монолитные железобетонные кабины, имеющие одну или две вышибные поверхности и предназначенные для локализации взрыва при детонации конденсированных взрывчатых веществ (ВВ) и обеспечения безопасности обслуживающего персонала.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий свод правил:
СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов 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 стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 кабина железобетонная монолитная (далее по тексту кабина): Монолитное железобетонное сооружение, предназначенное для локализации взрыва и обеспечения безопасности обслуживающего персонала.
3.2 вышибная поверхность: Легкосбрасываемая конструкция, заменяющая одну из стен и/или покрытие кабины, и предназначенная для сброса избыточного давления при аварийном взрыве.
3.3 вышибное окно: Вышибная поверхность, заменяющая одну из стен кабины.
3.4 вышибное покрытие: Вышибная поверхность, заменяющая покрытие кабины
4 Технические требования
4.1 Требования, предъявляемые к конструкциям монолитных железобетонных кабин
4.1.1 Кабины должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по проектной документации, утвержденной в установленном порядке.
4.1.2 Кабина с двумя вышибными поверхностями должна быть прямоугольной, иметь три монолитные железобетонные стены и возводиться на монолитном железобетонном ленточном фундаменте. Стены по свободному контуру должны иметь обвязку, а боковые стены должны быть соединены между собой железобетонным ригелем.
Фундаментная плита должна быть конструктивно аналогична покрытию.
Кабину, имеющую вышибную поверхность в покрытии, допускается выполнять без фундаментной плиты.
4.1.4 Монолитные железобетонные кабины должны удовлетворять требованиям, изложенным в таблице 1. Элементы кабин приведены на рисунках 1 и 2.
Таблица 1 - Требования к монолитным железобетонным кабинам
|
|
|
Наименование основных показателей | Буквенное обозначение | Значение |
Размеры стен кабины (в осях), м; |  ,  |
|
Высота кабины от нулевой отметки до верхней кромки стены, м; |  |
|
Толщина стены, м; |  |
|
Глубина фундамента, м; |  |
|
Расстояния от внутренней поверхности примыкающей стены до технологических проемов и дверей, м, не менее |  | 0,5 |
Высота обвязки, м, не более |  | 2 |
Высота ригеля, м, не более |  | 2 |
Ширина обвязки, м, не более |  | 2 |
Ширина ригеля, м, не более |  | 2 |
Отношение наибольшего габаритного размера кабины к наименьшему габаритному размеру, не более |
| 2 |
Отношение толщины стены кабины к наименьшему размеру стены, не более |
| 0,2 |
Масса вышибного покрытия, кг/м , не более |  | 150 |
Масса вышибного окна, кг/м , не более |  | 10 |
Соотношение площади вышибных поверхностей ко всей поверхности кабины: |
|
|
с двумя вышибными поверхностями, %, не менее |
| 30 |
с одной вышибной поверхностью, %, не менее |
| 15 |
1 - боковая стена; 2 - задняя стена; 3 - плита покрытия; 4 - фундаментная плита; 5 - обвязка; 6 - вут; 7 - технологический проем
Рисунок 1 - Кабина с одной вышибной поверхностью
1 - боковая стена; 2 - задняя стена; 3 - обвязка; 4 - вут; 5 - ригель; 6 - технологический проем
Рисунок 2 - Кабина с двумя вышибными поверхностями
4.1.5 Размеры кабины устанавливаются в зависимости от расположения заряда и технологических требований.
4.1.6 Перед вышибной поверхностью в стене кабин для улавливания обломков от оборудования и осколков самой вышибной поверхности должны быть установлены сборные или монолитные защитные дворики.
4.1.7 Расположение дверей и технологических проемов в кабине определяется технологическим процессом.
4.1.8 Покрытия кабин с загрузками более 3 кг по тротилу не должны быть конструктивно связаны с покрытиями остальной части здания. Допускается опирание конструкций покрытия здания на стены встроенных кабин. Крепление конструкций покрытия и стен кабин осуществляется с помощью гибких связей.
4.1.9 Площадь сечения рабочей продольной арматуры в железобетонных элементах (стены, покрытия, обвязки) не должна превышать 2% от площади расчетного сечения бетона.
4.1.10 Армирование скосов (вутов) для жесткого соединения стен, покрытия и днища принимается конструктивно.
4.1.11 Допускается облицовывать элементы кабины листовой сталью с минимальной толщиной листа 3 мм в целях исключения прорыва продуктов взрыва в соседнее помещение.
4.2 Требования, предъявляемые к материалам, используемым при строительстве монолитных железобетонных кабин
4.2.1 Железобетонные элементы защитных кабин необходимо проектировать в соответствии с требованиями СП 63.13330 и приложениями к нему.
Необходимо использовать бетон:
- класса прочности на сжатие не ниже B15;
- марки морозостойкости не ниже F100;
- по водонепроницаемости подземной части кабины класс бетона назначается в зависимости от гидрологических условий площадки строительства.
4.2.3 Допускается для уменьшения количества вторичных осколков добавлять в бетонную смесь отрезки синтетических волокон (нейлон, капрон и т.п.) в количестве до 5% от общей массы или обрезки тонкой стальной проволоки длиной 0,1 м с диаметром не более 1 мм и в количестве от 1 до 5% от общей массы.
4.2.4 Призменная прочность бетона принимается согласно СП 63.13330.
Значения призменной прочности бетона для наиболее часто используемых классов бетона представлены в таблице 2.
|
|
|
|
Вид сопротивления | Класс бетона по прочности на сжатие | ||
| В15 | В20 | В25 |
Сжатие осевое (призменная прочность) , МПа | 8,5 | 11,5 | 14,5 |
4.2.5 Расчетная динамическая призменная прочность бетона (при действии импульсной нагрузки) определяется по формуле
4.2.6 Модуль упругости бетона принимается согласно СП 63.13330.
Значения модуля упругости бетона для наиболее часто используемых классов бетона представлены в таблице 3.
|
|
Класс бетона по прочности на сжатие | Модуль упругости ·10  , МПа |
В15 | 24 |
В20 | 27,5 |
В25 | 30 |
4.2.7 Кабина должна армироваться стержневой арматурой классов А240, А400 и А500.
4.2.8 Сопротивление арматуры (предел текучести) определяется согласно таблице 4.
|
|
Стержневая арматура класса | Расчетное сопротивление арматуры растяжению и сжатию , МПа |
А240 | 210 |
А400 | 350 |
А500 | 435 |
4.2.9 Расчетное сопротивление арматуры при действии импульсной нагрузки определяется по формуле
4.2.11 Для закладных деталей и соединительных накладок должна применяться прокатная углеродистая сталь согласно СП 63.13330.
5 Определение нагрузок, действующих на стены кабины при взрыве заряда ВВ
Методика учитывает возрастание импульса, действующего на стены кабин в результате многократного отражения УВ, и не требует определения эквивалентной статической нагрузки.
5.1 Определение параметров эквивалентного сферического заряда тротила и относительного расстояния
5.1.1 Массу эквивалентного сферического заряда, кг, тротила определяют по формуле
5.1.2 Радиус эквивалентного сферического заряда, м, из тротила с насыпной плотностью определяется по формуле
При этом должно соблюдаться условие
5.2 Определение полного импульса ударной волны
5.2.1 Для определения нагрузок, действующих на стены кабин, рассчитывается импульс ударной волны, который зависит от массы заряда, его химической природы, объема кабины и относительного расстояния.
5.2.2 Среднее значение полного импульса, Па·с, воспринимаемого стеной, рассчитывается с учетом соударения волн в углах кабины и импульса от вторичных волн
5.3 Определение первичного импульса ударной волны
1, 3, 7, 9 - секторы с трехгранным углом (три примыкающие поверхности);
2, 4, 6, 8 - секторы с двугранным углом (две примыкающие поверхности);
5 - сектор с нормальным отражением УВ
Рисунок 3 - Схема для определения импульса
5.3.2 В секторах, где находится трехгранный угол, импульс, действующий при отражении падающей волны, определяется по формуле
5.3.3 В секторах, где находится двугранный угол, импульс, действующий при отражении падающей ударной волны, определяется по формуле
5.3.4 В секторах, где нет соударения волн (при нормальном отражении падающей волны), импульс определяется по следующим формулам
Вероятность взрыва нескольких зарядов устанавливается исходя из технологического процесса и принимается меньше или равной единице.
5.4 Определение вторичного импульса ударной волны
Импульс, воспринимаемый стеной кабины от вторичных волн, определяется по формулам
6 Определение допустимых импульсов для монолитной железобетонной кабины по предельным стадиям
6.1 Прочность монолитных железобетонных кабин при воздействии импульсных нагрузок характеризуется следующими тремя предельными стадиями:
Сила внутреннего сопротивления, приведенная масса и максимальный прогиб определяются условиями опирания плиты и зависят от кинематической схемы излома плиты.
7 Расчет жесткости стен кабины
где
Рисунок 4 - Элемент железобетонной стены с сеткой из горизонтальной и вертикальной арматуры
7.2 В расчете кабин граничные условия принимаются в зависимости от способа соединения элементов кабины и их состояния.
7.2.1 Соединение стены кабины с невышибной плитой покрытия при отсутствии трещин соответствует жесткому защемлению.
7.2.2 Соединение стен кабины с вышибным покрытием и окном соответствует свободному краю.
7.2.3 Соединение стены кабины с невышибной плитой покрытия при наличии трещин соответствует шарнирному опиранию.
7.2.4 Соединение ригеля со стеной соответствует шарнирному опиранию.
8 Расчет стен кабины с двумя вышибными поверхностями
8.1 Расчет боковой стены кабины
8.1.1.1 Приведенная масса стены, кг, определяется по формуле
Рисунок 8 - Поперечное сечение обвязки
8.1.2.1 Приведенная масса стены, кг, определяется по формуле
8.1.3.1 Приведенная масса стены, кг, определяется по формуле
8.2 Расчет задней стены кабины
8.2.1.1 Приведенная масса стены, кг, определяется по формуле
8.2.2.1 Приведенная масса стены, кг, рассчитывается по формуле
8.3 Расчет ригеля кабины с двумя вышибными поверхностями
Ригель рассчитывается по допустимому перемещению. При этом должно соблюдаться условие
9 Расчет стен кабины с одной вышибной поверхностью
9.1 Расчет боковой стены кабины
9.1.1.1 Приведенная масса стены, кг, рассчитывается по формуле
9.1.2.1 Приведенная масса стены, кг, рассчитывается по формуле
9.2 Расчет покрытия кабины
9.3 Расчет задней стены кабины
9.3.1.1 Приведенная масса стены, кг, рассчитывается по формуле
9.3.2.1 Приведенная масса стены, кг, рассчитывается по формуле
10 Расчет поперечной перерезывающей силы
11 Оценка прочности элементов кабины
11.2 При наличии технологических и дверных проемов общей площадью от 10 до 25% площади стены, в которой устраиваются проемы, должно выполняться условие
11.3 При расчете на действие поперечной перерезывающей силы для определенной предельной стадии должно выполняться условие
11.4 Для вновь проектируемых монолитных железобетонных защитных кабин прочностные расчеты элементов конструкции (стен, покрытия и пр.) проводятся согласно методике, изложенной в настоящем стандарте.
11.5 Для действующих монолитных железобетонных защитных кабин их проверочный расчет осуществляется в следующих случаях:
- при реконструкции кабины;
- при изменении технологического процесса, связанного с переменой положения центра масс заряда ВВ в кабине, в результате которой существенно увеличивается уровень взрывного воздействия на элементы конструкции;
- в иных случаях, требующих подтверждения рабочего ресурса кабины.
11.6 Проверочный расчет действующих защитных кабин проводится после их технического освидетельствования, при котором определяются реальные характеристики бетона и арматуры для конкретного сооружения, а именно: призменная прочность бетона; сопротивление арматуры (предел текучести); степень коррозии арматуры, вследствие которой ее эффективная площадь поперечного сечения может уменьшиться. Эти характеристики используются в качестве исходных данных при проведении расчета в соответствии с настоящим стандартом.
Пример расчета кабины приведен в приложении А.
Приложение А
(справочное)
Пример расчета монолитной железобетонной кабины с двумя вышибными поверхностями
А.1 Исходные данные
Рисунок А.1 - Схема расчетной кабины
Расчетная динамическая призменная прочность бетона определяется по формуле (1)
Расчетное сопротивление арматуры при действии импульсной нагрузки определяется по формуле (2)
А.2 Расчет боковой стены
А.2.1 Параметры боковой стены:
А.2.2 Расчет действующего импульса на боковую стену кабины
А.2.2.2 Радиус эквивалентного сферического заряда определяется по формуле (4)
А.2.2.3 Для нахождения первичного импульса, действующего на боковую стену, делим поверхность стены на 9 секторов. Схема секторов показана на рисунке А.2.
Рисунок А.2 - Схема расположения секторов боковой стены
А.2.2.3.1 Секторы 1, 3, 7, 9 имеют трехгранный угол и находятся на одинаковом расстоянии от центра массы заряда.
здесь
Первичный импульс для этих секторов определяется по формуле (8)
А.2.2.3.2 Секторы 2, 8 имеют двухгранный угол и находятся на одинаковом расстоянии от центра массы заряда.
Первичный импульс для этих секторов определяется по формуле (9)
А.2.2.3.3 Секторы 4, 6 имеют двухгранный угол и находятся на одинаковом расстоянии от центра массы заряда.
Первичный импульс для этих секторов определяется по формуле (9)
А.2.2.3.4 В секторе 5 происходит нормальное отражение ударной волны.
Первичный импульс для этого сектора определяется по формуле (10)
А.2.2.4 Вторичный импульс, действующий на боковую стену, определяется по формуле (14) согласно 5.4 настоящего стандарта.
А.2.2.5 Средний импульс, действующий на боковую стену, определяется по формуле (7)
Результаты расчета действующего импульса для боковой стены сведены в таблицу А.1.
Таблица А.1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N | , м | , м | , м | , м | | , Па·с | , Па·с | , Па·с |
1 | 1,833 | 2 | 2,25 | 3,53 | 16,62 | 6,7·10 | 4,378·10 | 1,104·10  |
2 | 0 | 2 | 2,25 | 3,01 | 14,2 | 4,7·10 |
|
|
3 | 1,833 | 2 | 2,25 | 3,53 | 16,62 | 6,14·10 |
|
|
4 | 1,833 | 0 | 2,25 | 2,9 | 13,69 | 8,047·10 |
|
|
5 | 0 | 0 | 2,25 | 2,25 | 10,61 | 5,495·10 |
|
|
6 | 1,833 | 0 | 2,25 | 2,9 | 13,69 | 4,635·10 |
|
|
7 | 1,833 | 2 | 2,25 | 3,53 | 16,62 | 1,066·10 |
|
|
8 | 0 | 2 | 2,25 | 3,01 | 14,2 | 7,48·10 |
|
|
9 | 1,833 | 2 | 2,25 | 3,53 | 16,62 | 6,14·10 |
|
|
А.2.3 Определение допустимых импульсов по предельным стадиям
А.2.3.2 Масса единицы площади стены определяется по формуле (17)
А.2.3.3 Приведенная масса стены определяется по формуле (34)
А.2.3.4 Определим силу внутреннего сопротивления в местах излома. Плечо внутренней пары стены равно
Предельный изгибающий момент вдоль линии излома определяется по формуле (28)
Сила внутреннего сопротивления в местах излома определяется по формуле (35)
А.2.3.5 Определим силу внутреннего сопротивления обвязки
Плечи внутренних пар горизонтальной и вертикальной обвязок стены равны:
Сила внутреннего сопротивления обвязки определяется по формуле (25)
А.2.3.6 Общая сила внутреннего сопротивления определяется по формуле (23)
А.2.3.7 Определим максимальные прогибы по предельным стадиям по формуле (33) и в соответствии с 6.1 настоящего стандарта
А.2.3.8 Допустимые импульсы по предельным стадиям определяются по формуле (16):
А.3 Расчет задней стены
А.3.1 Параметры задней стены:
А.3.2 Призменная прочность бетона и сопротивление арматуры при действии импульсной нагрузки выбираются такими же, как для боковой стены.
А.3.3 Расчет действующего импульса на заднюю стену кабины
А.3.3.1 Для нахождения первичного импульса, действующего на заднюю стену, делим поверхность стены на 9 секторов. Схема секторов показана на рисунке А.3.
Рисунок А.3 - Схема расположения секторов задней стены
А.3.3.3.1* Секторы 1, 3, 7, 9 имеют трехгранный угол и находятся на одинаковом расстоянии от центра массы заряда.
Первичный импульс для этих секторов определяется по формуле (8)
А.3.3.3.2 Секторы 2, 8 имеют двухгранный угол и находятся на одинаковом расстоянии от центра массы заряда.
Первичный импульс для этих секторов определяется по формуле (9)
А.3.3.3.3 Секторы 4, 6 имеют двухгранный угол и находятся на одинаковом расстоянии от центра массы заряда.
Первичный импульс для этих секторов определяется по формуле (9)
А.3.3.3.4 В секторе 5 происходит нормальное отражение ударной волны
Первичный импульс для этого сектора определяется по формуле (10)
А.3.3.4 Вторичный импульс, действующий на заднюю стену, определяется по формуле (14) согласно 5.4 настоящего стандарта
А.3.3.5 Средний импульс, действующий на заднюю стену, определяется по формуле (7)
Результаты расчета действующего импульса для задней стены сведены в таблицу А.2
Таблица А.2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N | , м | , м | , м | , м | | , Па·с | , Па·с | , Па·с |
1 | 1,5 | 2 | 2,75 | 3,72 | 17,53 | 6,12·10 | 4,378·10 | 1,083·10 |
2 | 0 | 2 | 2,75 | 3,4 | 16,04 | 3,687·10 |
|
|
3 | 1,5 | 2 | 2,75 | 3,72 | 17,53 | 6,12·10 |
|
|
4 | 1,5 | 0 | 2,75 | 3,13 | 14,77 | 6,912·10 |
|
|
5 | 0 | 0 | 2,75 | 2,75 | 12,97 | 2,992·10 |
|
|
6 | 1,5 | 0 | 2,75 | 3,13 | 14,77 | 6,912·10 |
|
|
7 | 1,5 | 2 | 2,75 | 3,72 | 17,53 | 9,733·10 |
|
|
8 | 0 | 2 | 2,75 | 3,4 | 16,04 | 5,866·10 |
|
|
9 | 1,5 | 2 | 2,75 | 3,72 | 17,53 | 9,733·10 |
|
|
А.3.4 Определение допустимых импульсов по предельным стадиям
следовательно схема излома задней стены выбирается по рисунку 9.
А.3.4.2 Масса единицы площади стены определяется по формуле (17)
А.3.4.3 Приведенная масса стены определяется по формуле (38)
А.3.4.4 Определим силу внутреннего сопротивления в местах излома. Плечо внутренней пары стены равно
Предельный изгибающий момент вдоль линии излома определяется по формуле (28)
Сила внутреннего сопротивления в местах излома определяется по формуле (40)
А.3.4.5 Определим максимальные прогибы по предельным стадиям по формуле (33) и в соответствии с 6.1 настоящего стандарта:
А.3.4.6 Сила внутреннего сопротивления от распора определяется по формуле (41)
А.3.4.7 Определим силу внутреннего сопротивления обвязки
Плечо внутренней пары горизонтальной обвязки стены равно
Сила внутреннего сопротивления обвязки определяется по формуле (42)
А.3.4.8 Общая сила внутреннего сопротивления определяется по формуле (39)
А.3.4.9 Допустимые импульсы по предельным стадиям определяются по формуле (16):
А.4 Сравнительные значения действующего и допустимого импульсов для боковой и задней стен кабины представлены в таблице А.3
Таблица А.3
|
|
|
Импульс, Па·с | Боковая стена | Задняя стена |
| 1,104·10 | 1,083·10 |
 | 7,702·10 | 8,8·10 |
 | 1,334·10 | 1,524·10 |
 | 1,722·10 | 1,968·10 |
А.5 Допустимую перерезывающую силу определяем по формуле (68) для боковой стены, так как на нее действует больший импульс.
А.6 Выводы
При взрыве заряда ТГ 50/50 массой 35,1 кг кабина будет работать по второй предельной стадии и сохранит несущую способность.
__________________________________________________________________________________
УДК 624.012.45:006.354 ОКС 91.080.40 589400
Ключевые слова: сооружения защитные, железобетонные сооружения, кабины, технические требования, методика расчета
__________________________________________________________________________________