Газодинамический подход к расчету подземного сооружения на воздействие воздушной ударной волны

Расчет заглубленных подземных сооружений, предназначенных для защиты населения от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, необходимо выполнять на воздействие волны сжатия в грунте, индуцированной воздушной ударной волной. Нормативным методом расчета подземных сооружений на воздействие ударных волн является эквивалентный статический метод, основанный на использовании коэффициента динамичности. Данный подход имеет ряд существенных недостатков, связанных с тем, что он не учитывает инерционные параметры воздействия и применяется для простых форм сооружений. Несмотря на то что данный метод позволяет задавать нагрузку в виде графиков давления во времени, он требует уточнения, так как процесс взаимодействия волн с подземным сооружением является сложным и для получения более адекватного результата необходима более строгая постановка, основанная на учете особенностей взаимодействия ударной волны с подземным сооружением. Одним из более строгих подходов является применение газодинамического метода, основанного на описании процесса взрыва в воздухе и в грунте с помощью эйлерова подхода. Решена задача о взаимодействии воздушной ударной волны с отдельно стоящим заглубленным подземным сооружением в нелинейной динамической постановке. Результаты расчетов показывают, что разработанная методика, основанная на использовании газодинамического подхода, позволяет выполнять расчеты подземных сооружений на воздействие ударных волн в более строгой постановке с учетом использования математических моделей грунтов, позволяющих наиболее точно воспроизвести динамическое поведение плотных и водонасыщенных грунтов.

О.В. МКРТЫЧЕВ, д-р техн. наук,
А.Ю. САВЕНКОВ, аспирант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Андреев С.Г., Бабкин А.В., Баум Ф.А., Имховик Н.А. и др. Физика взрыва. T. 2. М.: Физматлит, 2004. 832 с.
2. Расторгуев Б.С., Плотников А.И., Хуснутдинов Д.З. Проектирование зданий и сооружений при аварийных взрывных воздействиях. М.: АСВ, 2007. 152 с.
3. Коренев Б.Г., Рабинович И.М. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия. М.: Стройиздат, 1981. 155 с.
4. Попов Н.Н., Расторгуев Б.С. Динамический расчет железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1974. 220 с.
5. Котляревский В.А., Ганушкин В.И., Костин А.А., Костин А.И., Ларионов В.И. Убежища гражданской обороны. Конструкции и расчет. М.: Стройиздат, 1989. 606 с.
6. Келасьев Н.Г., Авдеев К.В., Левин Д.И. О расчете производственных зданий на аварийные воздействия от внешнего взрыва // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 3. С. 4–7. DOI: 10.33622/0869-7019.2022.03.04-07
7. Бирбраер А.Н., Роледер А.Ю. Экстремальные воздействия на сооружения. СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2009. 594 с.
8. Чернуха Н.А. Особенности расчета сооружений на взрывные воздействия в среде SCAD // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 1. С. 12–22. DOI: 10.5862/MCE.45.3
9. Котляревский В.А. Прочность и защитные свойства специальных сооружений. Методы расчета и программные средства. Магнитогорск: ООО «ВЕЛД», 2014. 88 с.
10. Савенков А.Ю., Мкртычев О.В. Нелинейный расчет железобетонного сооружения на воздействие воздушной ударной волны // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 1. С. 33–45. http://dx.doi.org/10.22227/1997-0935.2019.1.33–45
11. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М.: Стройиздат, 1982. 447 с.
12. Мкртычев О.В., Новожилов Ю.В., Савенков А.Ю. Воздействие тяжелого предмета на подземное сооружение при падении на поверхность грунта // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2021. Т. 17. № 4. С. 425–438. http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2021-17-4-425-438
13. Мкртычев О.В., Дорожинский В.Б., Лазарев О.В. Расчет конструкций железобетонного здания на взрывные нагрузки в нелинейной динамической постановке // Вестник МГСУ. 2011. № 4. С. 243–247.
14. Павлов А.С. Численное моделирование взрывных воздействий на здания и сооружения произвольной формы // Academia. Архитектура и строительство. 2017. № 3. С. 108–112.
15. Вальгер С.А. Создание вычислительных технологий для расчета ветровых и ударно-волновых воздействий на конструкции: Дис. ... канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2015. 220 с.
16. Schwer L., Teng H., Souli M. LS-DYNA air blast techniques: comparisons with experiments for close-
in charges. 10th European LS-DYNA Conference. Würzburg. Germany. 2015.
17. Bento Rebelo H., Cismașiu C. A comparison between three air blast simulation techniques in LSDYNA. 11th European LS-DYNA Conference. Salzburg. Austria. 2017.
18. Andrade F., Feucht M. A comparison of damage and failure models for the failure prediction of dual-phase steels. 11th European LS-DYNA Conference. Salzburg. Austria. 2017.
19. Zahra S. Tabatabaei, Jeffery S. Volz. A comparison between three different blast methods in LS-DYNA^®: LBE, MM-ALE, Coupling of LBE and MM-ALE. 12th International LS-DYNA^® Users Conference. 2012. 10 p. URL: https://www.dynalook. com/12th-international-ls-dyna-conference/blastimpact20-d.pdf
20. Mkrtychev O., Savenkov A. Modeling of blast effects on underground structure // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2019. Vol. 15. Iss. 4, pp. 111–122.