Порівняння надлишкового тиску на перекриття при вибуху на малих відстанях від його поверхні
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.18.2026.184-201Ключові слова:
вибуховий вплив, сталезалізобетонні конструкції, комбіновані конструкції, перфоровані балки, надлишковий тискАнотація
Стаття присвячена дослідженню надлишкового тиску, що діє на перекриття будівель у разі вибуху, який відбувається на малих відстанях від його поверхні. Актуальність роботи зумовлена тим, що чинні нормативні методики та розрахункові залежності, зокрема положення стандарту UFC 3-340-02 та формул М. А. Садовського, орієнтовані переважно на більші відстані від епіцентру вибуху й не враховують локальний характер навантаження, що виникає у випадку близького підриву. Це потенційно призводить до значних похибок при оцінюванні реального рівня вибухового впливу на елементи конструкцій.
Метою дослідження є побудова та апроксимація реалістичної залежності пікового надлишкового тиску від відстані до поверхні перекриття та маси вибухової речовини для вибухів на висоті до 2 м. Для досягнення цієї мети виконано серію числових експериментів із використанням програмного комплексу Ansys. Розрахункова модель представляє збірне сталезалізобетонне перекриття розміром 12×6 м по металевих балках з перфорованою стінкою, спочатку з урахуванням усіх конструктивних елементів, а в подальшому - у спрощеному вигляді з різною товщиною плити. Розглянуто вибухи тротилового еквіваленту масою 50, 75 та 100 кг на відстанях 0,5; 1,0; 1,5 і 2,0 м від поверхні.
Отримані результати показали, що нормативні методики суттєво завищують значення пікового тиску при малих відстанях: за UFC 3-340-02 - у 4–9 разів, за формулами М. А. Садовського - у 2–5 разів порівняно з числовим моделюванням. Виявлено істотний вплив жорсткості перекриття на величину тиску. Встановлено, що залежність тиску від відстані має виражений нелінійний характер, тоді як залежність від маси вибухової речовини є майже лінійною.
На основі отриманих даних запропоновано нові аналітичні залежності для оцінювання пікового надлишкового тиску, зокрема узагальнену формулу через параметр відносної відстані, адаптовану до малих дистанцій. Запропоновані вирази пройшли перевірку за серіями числових експериментів і можуть використовуватися для інженерної оцінки вибухового навантаження на перекриття при близьких підривах. Додатково проаналізовано характер руйнування конструкції та визначено основні напрями її підсилення: збільшення товщини плити та удосконалення анкерування сталевих балок з метою запобігання відриву.
Посилання
Department of Defense (2008). UFC 3-340-02: Structures to resist the effects of accidental explosions. Washington, DC: U.S. Department of Defense, 1867 p.
European Committee for Standardization (2025). EN 1991-1-7:2025 Eurocode 1 – Actions on structures – Part 1-7: Accidental actions. Brussels: CEN, 80 p, [Current, since 20.07.2025].
Міністерство регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України (2019). ДБН В.1.2-4:2019 Інженерно-технічні заходи цивільного захисту. Київ: Мінрегіон України, 28 с, [Чинний з 01.08.2019].
Shuaib, M. & Daoud, O. (2015). Numerical Modelling of Reinforced Concrete Slabs under Blast Loads of Close-in Detonations Using the Lagrangian Approach. Journal of Physics: Conference Series. 628. https://doi.org/10.1088/1742-6596/628/1/012065
Abebe, S., & Mohammed, T. A. (2022). Performance assessment of reinforced concrete frame under close-in blast loading. Advances in Civil Engineering, 2022, 3979195. https://doi.org/10.1155/2022/3979195
Барабаш, М. С., Костира, Н. О., Максименко, В. П., & Бармін, І. В. (2023). Моделювання динамічних навантажень вибухового типу в задачах дослідження міцності будівельних конструкцій з використанням ПК ЛІРА-САПР. Наука та будівництво, 4(38), 20-27. https://doi.org/10.33644/2313-6679-4-2023-3
Каплюк, О. М., Нікітченко, В. І., Кірдей, Л. М., Терновський, А. Ю., & Брайко, В. В. (2022). Особливості дослідження боєпри-пасів з термобаричними вибуховими речови-нами.4 Збірник наукових праць Державного науково-дослідного інституту випробувань і сертифікації озброєння та військової техніки, 1(11), 55–65. https://doi.org/10.37701/dndivsovt.11.2022.07
Mykhailovskyi, D., Skliarov, I., & Komar, O. (2025). Comparison of methods for calculating the parameters of an explosion shock wave for the design of protective engineering structures. Building Constructions. Theory and Practice, (16), 110–123. https://doi.org/10.32347/2522-4182.16.2025.110-123
Ромашкіна, М., Пісаревський, Б., & Журавльов, О. (2024). Розрахунок будівлі на вплив дії повітряної ударної хвилі прямим динамічним методом з використанням ПК ЛІРА-САПР. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (14), 147–160. https://doi.org/10.32347/2522-4182.14.2024.147-160
Dusenberry, D. O. (Ed.). (2010). Handbook for blast resistant design of buildings. John Wiley & Sons, 484 p. https://doi.org/10.1002/9780470549070
Liu, J., Gao, C., Sun, Z., & Yin, J. (2024). On the estimation of near field air blast peak overpressure from cylindrical charges. International Journal of Protective Structures, 15(3), 442–454.
https://doi.org/10.1177/20414196231177358
Ma, R., Wang, X., You, S., Sun, Z., & Huang, F. (2025). Experimental and numerical analysis of near-field detonation products and shock wave characteristics for cylindrical charge. Journal of Dynamic Behavior of Materials, 53, 242-258. https://doi.org/10.1016/j.jdbm.2025.100212
Rigby, S. E., Knighton, R., Clarke, S. D., & Tyas, A. (2020). Reflected near-field blast pressure measurements using high-speed video. Experimental Mechanics, 60, 875–888. https://doi.org/10.1007/s11340-020-00615-3
Gudadappanavar, B., Selvakumar, M., Yeole M. M., Hosur, V. A., Dibdalli, Y., Morales-Verdejo, C. & Sunagar, P. (2026). Explicit-dynamics assessment of reinforced concrete frame response under TNT blast: Stand-off, charge weight and incidence angle effects. SSRG International Journal of Civil Engineering, 13(3), 255–273. https://doi.org/10.14445/23488352/IJCE-V13I3P119
Михайловський, Д.В., Білик, А.С., & Скляров, І. О. (2024). Розрахунок конструкцій будівель і споруд на дії основних факторів ураження засобів повітряного нападу: монографія. Київ: Каравела, 92 с. ISBN 978-960-801-874-7
Білик, А. С., Коваль, М. В., Коваль, В. В., & Коцюруба, В. І. (2023). Організаційно-технічні засади побудови системи інженерного захисту об’єктів критичної інфраструктури енергетичної галузі України. Наука і оборона, (3–4), 11-16 с. https://doi.org/10.33099/2618-1614-2022-20-3-4-11-16
Барабаш, М. С., Костира, Н. О., & Томашевський, А. В. (2022). Визначення напружено-деформованого стану та міцності пошкоджених несучих конструкцій інструментами ПК «ЛІРА-САПР». Українсь-кий журнал будівництва та архітектури, 1(007), 7–14 c.
https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.220222.7.827
Nyström, U. (2013). Modelling of concrete structures subjected to blast and fragment loading. Göteborg: Chalmers University of Technology, Department of Civil and Environmental Engineering, 107 p. ISBN 978 91 7385 805 2
Zuievska, N., Darmostuk, D., Semchuk, R., & Zuievskyi, Y. (2025). Modelling blast effects for a multilayer “Reinforced-concrete slab–Soil mass” system. Geo-Technical Mechanics, 175, 152–168. https://doi.org/10.15407/geotm2025.175.152
European Committee for Standardization. (2004). EN 1994-1-1:2004 Eurocode 4 – Design of composite steel and concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings. Brussels: CEN, 118 p., [Current, since 27.05.2004].
Dujmović, D., Androić, B., & Lukačević, I. (2015). Composite structures according to Eurocode 4: Worked examples. Berlin: Wilhelm Ernst & Sohn, 924 p. https://doi.org/10.1002/9783433604908
Дмитренко, Є. (2021). Моделювання сумісної роботи сталевих балкових конструкцій із залізобетонними ребристими плитами перекриття. Будівельні конструкції. Теорія і практика, 1(8), 44–57.https://doi.org/10.32347/2522-4182.8.2021.44-57
Kumar, V., Kartik, K. V., & Iqbal, M. A. (2020). Experimental and numerical investigation of reinforced concrete slabs under blast loading. Engineering Structures, 206, 110125. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.110125
Білик, С. І., & Білик, А. С. (2024). Порівняння методик проникнення дії засобів повітряного нападу противника в залізобетонні конструкції споруд захисту об’єктів критичної інфраструктури. Сучасні будівельні конструкції з металу та деревини: Збірник наукових праць, 28, 75–83 c.
https://doi.org/10.31650/2707-3068-2024-28
Коваль, М. В., Коваль, В. В., Білик, А. С., Коцюруба, В. І., & Кубраков, О. М. (2023). Основи інженерного захисту об’єктів критичної інфраструктури енергетичної галузі України від засобів повітряного нападу противника (за ред. А. С. Білика). Київ: Генеральний штаб Збройних Сил України, 185 с. ISBN 978-617-520-660-7
Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A., & Ramsay, J. (2007). Blast loading and blast effects on structures – An overview. Electronic Journal of Structural Engineering, Special Issue: Loading on Structures, 76–91. https://doi.org/10.56748/ejse.671
Гетун, Г., Колякова, В., Безклубенко, І., & Соломін, А. (2023). Конструктивні рішення вибухостійких будівель з приміщеннями цивільного захисту населення. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (13), 41–50. https://doi.org/10.32347/2522-4182.13.2023.41-50
Roth, M. J., & Slawson, T. R. (2004). Design and validation of modular, reinforced concrete bunkers. Vicksburg, MS: U.S. Army Corps of Engineers, Engineer Research and Development Center, 8 p.
https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA433005.pdf
Lin, S.-C., Gao, S., & Han, J.-Q. (2011). Effect of the reinforced concrete slab on the blast shock wave properties, Combustion, Explosion, and Shock Waves, 56, 731-740 с.
https://doi.org/10.1134/S0010508220060131
Chi, M., Jiang, H., Lan, X., Xu, T., & Jiang, Y. (2021). Study on overpressure propagation law of vapor cloud explosion. ACS Omega, 6(49), 34003–34020 p. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05332
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 М. Біляєв
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами: Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
