Автор: Денис ТАРАСОВ, АО «ЦеСИС»
Изучение стойкости заграждений к силовому воздействию
За последнее время появился большой интерес к вопросам, связанным с созданием теоретических основ для разработки и проектирования, а также с практическим применением систем и средств физической защиты объектов как промышленного, так и гражданского назначения. Как правило, первым рубежом безопасности является внешний стационарный периметр, проходящий по границе территории охраняемого объекта. Однако в настоящее время многие объекты инфраструктуры требуют не постоянного, а временного ограничения своей территории, например, для проведения массового мероприятия с большим скоплением людей (фестивали, ярмарки и т. п.). Поэтому при организации временного периметра нельзя исключать одну из наиболее опасных потенциальных угроз – таранный удар автотранспортным средством. Для противодействия такой угрозе и реализации мобильных свойств заграждения одним из наиболее простых и надежных решений является преграда, образованная соединенными между собой железобетонными блоками.
Рис. 1. Общий вид заграждения: 1 – железобетонный блок; 2 – элемент связи Техническое решение, представленное на рисунке 1, предназначено для создания физического препятствия транспортному средству, прорывающемуся на территорию охраняемого объекта посредством таранного удара. Оно также обеспечивает принудительную остановку автомобиля и предотвращает распространение последствий планируемого террористического акта. Такую конструкцию следует рассматривать как единую механическую цепь, состоящую из отдельных объемных железобетонных блоков, соединенных между собой элементами, образующими между ними связи. Вместе с тем неправильно принятые предпосылки при расчете или конструктивные решения на стадии разработки такого устройства могут повлечь за собой разрыв механической цепи прорывающимся транспортным средством со всеми вытекающими трагичными последствиями.
Целью исследования являлись условия повышения несущей способности мобильного заграждения, а именно стойкости к таранному удару транспортным средством, а также оценка влияния одного из параметров, определяющих работу конструкции и распределение усилий в ее элементах при внешнем воздействии поперечной кратковременной динамической нагрузки. Моделирование работы мобильного заграждения при действии внешних силовых факторов проводилось в системе компьютерного моделирования SolidWorks «Анализ движения». Трехмерная твердотельная модель представляла собой изделие, состоящее из 5 секций, и основание, на котором оно установлено. Взаимодействие между секциями в цепи заграждения моделировалось с помощью сопряжений «Концентричность».
Для моделирования контакта железобетонных блоков и основания использовалась односторонняя связь, в параметрах которой определялся коэффициент трения покоя и скольжения, а также жесткость. Односторонняя связь в виде 3D-контакта позволяла сохранить возможность перемещения блоков в вертикальной плоскости с отрывом от основания и тем самым исследовать возможность опрокидывания цепи в целом. Поперечное кратковременное динамическое воздействие от транспортного средства моделировалось заданием начальной скорости движения центрального блока, равной 5 м/с. Изменение скорости от 0 до 5 м/с происходило за 200 миллисекунд. Этот параметр определен на основе результатов, полученных в ходе натурных испытаний (рис. 2). Кроме того, в качестве нагрузок задавалась сила тяжести, препятствующая опрокидыванию и вызывающая трение блоков об основание.
Рис. 2. Натурные испытания заграждения методом краш-теста На этапе рабочего проектирования средств физической защиты разработчику необходимо принимать оптимальные конструктивные решения и обосновывать их эффективность. Эта задача осложняется тем, что каждый раз при организации охраны периметра нового объекта возникают иные условия эксплуатации мобильного заграждения, не похожие на предыдущие. Так, в зависимости от вида основания, на которое устанавливается изделие, а также времени года и наличия атмосферных осадков меняется один из основных параметров, определяющих работу конструкции при внешнем воздействии. Этим параметром является коэффициент трения скольжения. В связи с этим исследовались характер изменения реакций, возникающих в элементах связей между отдельными блоками, а также поведение конструкции в зависимости от указанного параметра. Количественная оценка влияния коэффициента трения скольжения на поведение конструкции под действием поперечной кратковременной динамической нагрузки выполнена по углу поворота ударяемого блока вокруг его продольной оси.
Рис. 3. Зависимость угла поворота по времени от коэффициента трения скольжения На рисунке 3 представлены зависимости угла поворота ударяемого блока вокруг продольной оси от времени, вычисленные при коэффициентах трения скольжения, имеющих значения от 0,2 до 0,7 включительно с шагом 0,1. Увеличение коэффициента трения приводит к росту сил сопротивления, вызванных трением скольжения, а также инерционных сил, являющихся нежелательными и способствующих опрокидыванию механической цепи, что недопустимо с точки зрения тактики применения мобильного заграждения. На рисунке 3 видно, что рост значения коэффициента трения скольжения от 0,2 до 0,6 ведет к увеличению угла поворота вокруг продольной оси блока, испытывающего непосредственно поперечный удар. При этом следует отметить, что опрокидывания ударяемого блока и цепи в целом не происходит, поскольку в течение времени взаимодействия мобильного заграждения с транспортным средством, по мере остановки автомобиля, угол поворота возвращается к своему первоначальному значению до соударения. Однако при коэффициенте трения скольжения, равном 0,7, происходит резкий рост угла поворота, что свидетельствует об опрокидывании и необеспечении изделием заявленных технических характеристик по остановке прорывающегося транспортного средства. В связи с этим дальнейшие исследования проведены для коэффициента трения скольжения со значениями от 0,2 до 0,6 включительно с шагом 0,1. Главными конструктивными элементами, определяющими общую неразрывность механической цепи при внешнем воздействии, являются элементы связей, поскольку сами железобетонные блоки имеют несопоставимо большую прочность.
Рис. 4. Зависимость продольной реакции в связи по времени от коэффициента трения скольжения
Рис. 5. Зависимость поперечной реакции в связи по времени от коэффициента трения скольжения На рисунках 4 и 5 представлены зависимости, характеризующие изменение значений по времени продольных и поперечных составляющих реакций в связях между блоками от коэффициента трения скольжения. Из полученных при моделировании зависимостей видно, что увеличение коэффициента трения скольжения вызывает резкий рост внутренних усилий, возникающих в элементах связей между блоками. Это происходит из-за возрастающего действия внешних сил трения и инерции на звенья мобильного заграждения. При этом следует отметить, что по своим абсолютным значениям продольные составляющие реакций в связях (рис. 4) в несколько раз больше поперечных (рис. 5). Тем самым подтверждается тот факт, что изделие, состоящее из отдельных железобетонных блоков, соединенных между собой, ведет себя под внешним воздействием как цепь или изгибно-жесткая нить. Это обусловлено тем, что в силу особенностей работы таких элементов при действии поперечной нагрузки вектор, соответствующий внутреннему усилию, всегда направлен по касательной к его оси. Проведенное компьютерное моделирование поведения мобильного заграждения на основе модели механической цепи под действием поперечной кратковременной динамической нагрузки позволило выявить влияние коэффициента трения скольжения на работу и распределение внутренних усилий в элементах конструкции. Полученные данные дают возможность повышать сопротивление мобильного заграждения к ударному воздействию посредством принятия эффективных технических решений, снижающих коэффициент трения скольжения в паре «мобильное заграждение – основание для его установки». Этот способ в отличие от традиционных путей решения задачи по повышению несущей способности той или иной конструкции не требует увеличения геометрических параметров сечений элементов, например, таких как площадь, а также прочностных характеристик материала изделия. Результаты проведенного исследования позволят при разработке подобных устройств применять менее материалоемкие конструктивные решения и тем самым экономически более оправданные.
БЫСТРОВОЗВОДИМОЕ ПРОТИВОТАРАННОЕ СИГНАЛЬНОЕ ЗАГРАЖДЕНИЕ Заграждение применяется для обустройства безопасных проходов и проездов при проведении конгрессных, спортивно-массовых мероприятий, а также в качестве ограждения КПП и прочих зон на территории объекта. ПРЕИМУЩЕСТВА • Конструкция блока позволяет организовать любые повороты заграждения в горизонтальной плоскости. • Нижние края сварной панели зафиксированы для предотвращения их отгибания. • За счет наличия на железобетонных блоках карманов для вилочных автопогрузчиков заграждение может быть переставлено в короткие сроки. • Заграждение полностью исключает проникновение фрагментов таранящего автомобиля на территорию объекта. • Не требует сезонных регламентных работ. • Не повреждает дорожное покрытие. КОНСТРУКЦИЯ Заграждение состоит из двух частей: • Нижняя часть – железобетонный блок с габаритами: длина – 3100 мм, высота – 1000 мм, ширина основания – 780 мм. Масса – 3400 кг. • Верхняя часть – сварные сетчатые панели, плоское колючее заграждение (ПКЗ), пулерассеивающие и противоосколочные сетчатые панели. • Конструкции заграждения являются платформой для установки ТСО, на них предусмотрен монтаж коробов для прокладки и защиты кабельных трасс, а также кронштейнов для установки систем освещения, видеонаблюдения и солнечных батарей. Бетонные блоки имеют скосы на углах 45° и фиксируются между собой с помощью специального замкового устройства. Стойки заграждения устанавливаются на специальные закладные бетонного блока и фиксируются при помощи болтового соединения с последующим закрытием узла крепления вандалоустойчивой металлической пластиной. Для увеличения общей высоты (до 4,85 м) и затруднения преодоления основного заграждения устанавливается козырьковое заграждение из сетчатого полотна или армированной колючей ленты.
*исследования, приведенные в статье, проводились на примере изделия «Заслон-С»
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru