Термическое воздействие на человека и строительные конструкции

Термическое воздействие на человека связано с перегревом и последующими биохимическими изменениями верхних слоев кожи. Человек ощущает сильную (едва переносимую) боль, когда тем­пература верхнего слоя кожного покрова (-0, 1 мм) повышается до 45 °С. Время достижения «порога боли» т, с, связано с плотно­стью теплового потока q, кВт/м², соотношением

т = (35/q)^{1, 33}.

При плотности теплового потока менее 1, 7 кВт/м² боль не ощу­щается даже при длительном тепловом воздействии. Степень тер­мического воздействия зависит от величины теплового потока и длительности теплового излучения. При относительно слабом тер­мическом воздействии будет повреждаться только верхний слой кожи (эпидермис) на глубину около 1 мм (ожог I степени — по­краснение кожи). Увеличение плотности теплового потока или дли­тельности излучения приводит к воздействию на нижний слой кожи — дерму (ожог II степени — появление волдырей) и под­кожный слой (ожог III степени).

Здоровые взрослые люди и подростки выживают, если ожоги II и III степени охватывают менее 20 % поверхности тела. Выжи­ваемость пострадавших даже при интенсивной медицинской по­мощи резко снижается, если ожоги II и III степени составляют 50 % и более от поверхности тела.

Вероятность поражения той или иной степени при термиче­ском воздействии определяется по формуле (2.2) с использова­нием пробит-функций, соответствующие формулы которых пред­ставлены в табл. 2.1.

Термическое воздействие на легковоспламеняющиеся материалы (например, вследствие пожара, ядерного взрыва и т.п.) может вызвать дальнейшее распространение аварии и переход ее в ста­дию каскадного развития. Согласно имеющейся статистике, рас­пространение и развитие пожаров в производственных помеще­ниях происходят в основном по материалам, сырью и технологи­ческому оборудованию (42 %), а также по сгораемым строитель­ным конструкциям (36 %). Среди последних наибольшее распрос­транение имеют древесина и пластические материалы.

Для каждого материала существует критическое значение плот­ности теплового потока д_кр, при котором воспламенение не про­исходит даже при длительным тепловом воздействии. При увели­чении плотности теплового потока время до начала воспламене­ния материала уменьшается (см. прил. II). В общем случае зависи-

 

Таблица 2.1 Формулы пробит-функций Рг в зависимости от степени термического поражения

Степень поражения
Ожог I степени Ожог II степени Смертельное поражение	Рг =-34, 8 + 3, 02 Щд^х) Рг =-38, 1 + 3, 02 Щд'/h) Рг =-31, 4 + 2, 56 1п(? 4/3т)

Примечание. q, Вт/м²; τ, с.

 

мость времени воспламенения от величины плотности теплового потока имеет вид

т - А/(q - q_кр) ⁿ , (2.6)

где А и п — константы для конкретного вещества (например, для древесины А = 4360, п = 1, 61).

При длительности теплового воздействия 30 с и плотности теплового потока 12 кВт/м² воспламеняются деревянные конст­рукции; при 10, 5 кВт/м² — обгорает краска на окрашенных метал­лических конструкциях, обугливаются деревянные конструкции; при 8, 4 кВт/м² — вспучивается краска на металлических конст­рукциях, разлагаются деревянные конструкции. Плотность теп­лового потока 4, 0 кВт/м² безопасна для объектов.

Особенно опасен нагрев резервуаров (емкостей) с нефтепро­дуктами, который может привести к взрыву сосуда. В зависимости от длительности облучения критическая плотность теплового по­тока для емкостей с нефтепродуктами температурой воспламене­ния < 235 °С значительно меняется:

Длительность

воздействия, мин.............5 10 15 20 29 > 30

Критическое значение

плотности теплового

потока q_Kp, кВт/м².........34, 9 27, 6 24, 8 21, 4 19, 9 19, 5

Опасность термического воздействия на строительные конст­рукции связана со значительным снижением их строительной проч­ности при превышении определенной температуры.

Степень устойчивости сооружения к тепловому воздействию зависит от предела огнестойкости конструкции, характеризуемо­го временем, по истечении которого происходит потеря несущей способности. Прочность материалов может быть охарактеризована так называемой критической температурой прогрева, которая для стальных балок, ферм и перегонов составляет 470...500°С, для металлических сварных и жестко защемленных конструкций — 300... 350 °С.

При проектировании зданий и сооружений используют желе­зобетонные конструкции, предел огнестойкости которых значи­тельно выше, чем у металлических. Так, предел огнестойкости железобетонных колонн сечением 20x20 см соответствует 2 ч, се­чением 30x50 см — 3, 5 ч.

Потеря несущей способности изгибаемых, свободно опираю­щихся элементов плит, балок и т.п. наступает вследствие прогре­ва растянутой арматуры до критической температуры 470... 500 °С. Предел огнестойкости предварительно напряженного железобе­тона такой же, как у конструкций с ненапряженной арматурой. Особенность напряженных конструкций — образование необратимых деформаций при их прогреве уже до 250 " С, после чего их нормальная эксплуатация невозможна.

Ниже приведены значения критической температуры прогрева некоторых строительных материалов, °С:

Полимерные материалы.................................150

Стекло............................,.................................200

Алюминий........................................................250

Сталь.................................................................500

Барическое воздействие на человека, здания и сооружения

При взрыве атомной бомбы, технологической установки, ре­зервуара, парогазовоздушного облака, взрывчатого вещества об­разуется ударная волна, характеризуемая избыточным давлением ЛР_ф, кПа, и импульсом фазы сжатия /⁺, кПа • с, негативно воз­действующая на человека, здания, сооружения и т.п.

Приведем общую характеристику барического воздействия взрыва на человека, кПа:

Для человека безопасно.........................................................< 10

Легкое поражение (ушибы, вывихи, временная

потеря слуха, общая контузия)........................................... 20...40

Среднее поражение (контузия головного мозга, повреждение органов слуха, разрыв барабанных

перепонок, кровотечение из носа и ушей).......................40...60

Сильное поражение (сильная контузия всего организма, потеря сознания, переломы

конечностей, повреждения внутренних органов)............60... 100

Порог смертельного поражения 100

Летальный исход в 50% случаев........................................250...300

Безусловное смертельное поражение...................................> 300

Вероятность поражения той или иной степени при барическом воздействии на человека можно определить по формуле (2.2) с использованием соответствующих формул, при­веденных ниже:

Степень поражения Пробит-функция

Разрыв барабанных перепонок.......Рг = -7, 6 + 1, 524ln∆ Р_ф

Контузия............................................р_г = -5, 74ln{4, 2/(1 +∆ Р_ф/Р₀) +1, 3/[/I⁺/(P₀^1/2m^1/3)]},

где т — масса тела, кг

Летальный исход..............................Рг = -2, 44ln[7380/∆ Р_ф + 1, 38-10⁹/(∆ Р_ф I⁺)]

Примечание. ∆ Р_ф, Па; I⁺, Па с.

 

При оценке барического воздействия на здания и сооружения принимают четыре степени разрушений:

слабые разрушения — повреждение пли разрушение крыш, оконных и дверных проемов. Ущерб — 10... 15 % от стоимости здания;

средние разрушения — разрушения крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб — 30...40 %;

сильные разрушения — разрушение несущих конструкций и перекрытий. Ущерб — 50 %. Ремонт нецелесообразен;

полное разрушение — обрушение зданий, сооружений.

Зависимость степени разрушений от величины избыточного давления на фронте ударной волны представлена в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Избыточное давление ( ∆ Р_ф, кПа), соответствующее степени разрушения

Объект		Разрушение
	полное	сильное	среднее	слабое
Здания жилые:
кирпичные многоэтажные	30...40	20...30	10...20	8...10
кирпичные малоэтажные	35...45	25...35	15...25	8...15
деревянные	20...30	12...20	8...12	6...8
Здания промышленные:
с тяжелым металлическим	60... 100	50...60	40...50	20...40
или железобетонным
каркасом
с легким металлическим	60...80	40...50	30...40	20...30
каркасом или бескаркасные
Промышленные объекты:
ТЭС	25...40	20...25	15...20	10...15
котельные	35...45	25...35	15...25	10...15
трубопроводы наземные				—
трубопроводы на эстакаде	40-50	30...40	20-30	—
трансформаторные подстанции		40...60	20...40	10...20
ЛЭП	120...200	80... 120	50...70	20...40
водонапорные башни		40...60	20...40	10...20
Резервуары:
стальные наземные
газгольдеры и емкости ГСМ
и химических веществ
частично заглубленные для
нефтепродуктов
подземные
Металлические и железобе-	250...300	200... 250	150...200	100...150
тонные мосты
Железнодорожные пути
Тепловозы массой до 50 т
Цистерны
Вагоны цельнометаллические
Вагоны товарные деревянные
Автомашины грузовые

Вероятность разрушения зданий и сооружений той или иной степени можно определить по формуле (2.2) с использованием формул пробит-функции, представленных ниже:

Разрушение Пробит-фунщия

Слабое.......................................Рг = -0, 26ln[(4, 6/∆ Р_ф)³'⁹ + (0, 11/Г)^{5, 0}]

Среднее.....................................Рг = -0, 26ln[17, 5/Р_ф)⁸'⁴ + (0, 29/ I⁺)⁹-³]

Сильное....................................Рг = -0, 22ln[(40/Р_ф)⁷-⁴ + (0, 46/ I⁺)^{11, 3}]

Примечание. ДР_Ф, кПа; /⁺, кПа-с.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Ex.1. Дополните предложения, используя условные конструкции и информацию из текста.
2. I. Рациональные и историческая реконструкции
3. IX.14. Магнитное воздействие отдельных мест
4. V. Отцовство у человека — социальное изобретение
5. V. ЭКОЛОГО-ПРАВОВОЙ СТАТУС ЧЕЛОВЕКА
6. Августин Блаженный о сущности мира и человека
7. АДМИНИСТРАТИВНО-ПРАВОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
8. Актуальные проблемы обращений в Европейский Суд по правам человека
9. Алкоголь, табак и иные средства воздействия на генетику и психику человека, как глобальное средство управления
10. Анализ служебного назначения детали и технологичности конструкции
11. АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИЕ ТОЧКИ ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА
12. Ароматы и темперамент человека