Veszélyeztetettség - kategóriák Repülıgép rázuhanás, ütközés, nehéz teher leejtés, robbanás
Kategória
leírás
Gyakoriság, 1/év
1. extrém valószínűtlen
Egyáltalában nem reális számolni vele (vagy távoli)
<10-5
2. nagyon valószínűtlen
Nem valószínű, de nem zárható ki teljesen
10-5 to 10-3
3. valószínűtlen
10-3 to 10-2 Az élettartam alatt nem valószínű, hogy előfordul, de a létesítmények egyikében elképzelhető
4. valószínű
Az élettartam alatt egyszer legalább bekövetkezhet
Dr. Katona Tamás János
>10-2
Sérülési/tönkremeneteli görbe
Ütközés
Fragility curves
• Természeti jelenségek által okozott ütközések (pl. tornádó röpítette „lövedék”) • Emberi (ipari, hadi, terrorista) tevékenység okozta ütközések:
1 0,9 0,8
probability
0,7 0,6 std.dev. 1
0,5
std.dev.2
0,4 0,3 0,2 0,1 0 load
– Közlekedési balesetek – Repülıgép lezuhanás – Lövedékek becsapódása – Nehéz terhek leesése
Repülıgép lezuhanások
Események, típusok
8. ábra. K atonai és polgári légijárm ővek bales etei 1990 és 2004 augus z tus a k öz ött Db 9
9. ábra. A balesetet szenvedett légijármővek tipusonkénti megoszlása
8 7
Sportrepülıgép 13%
6
Polgári kisgép 6%
Sárkányrepülı 24%
5 4 3
Vitorlázó gép 18%
2 1 0 1990 1991 1992
1993 1994 1995 1996 1997
Ka to n a i lé g ijá rm ő
1998 1999 2000 2001
2002 2003 2004
Év
Helikopter 16%
Katonai gép 23%
Po lg á ri lé g ijá rm ő
site
RNP5 navigáció
Szabályozás 213/1997.(XII.1.) Korm. Rendelet a védett övezetrıl min. 3 km és 2300 m magasan A légi közlekedésrıl szóló 14/1998.(VI.24.) rendelet szigorúbb: is 3 km sugarú körben és 6 km magasan tilos zóna
Elemi dinamika Egyenes rugalmas ütközés: a mozgási energia alakváltozási energiává alakul, majd vissza A mozgásmennyiség megmaradása alapján: momentum: M(V-U)+m(v-u)=0 M/v=(v-u)/(U-V) Visszapattanási tényezı: a két tömeg relatív sebességének hányadosa, ütközés elıtt, illetve után: e=1 ha nincs veszteség Energiaveszteség: ∆E=E (1-e2) Az „elveszett” mozgási energia pl. hıvé, illetve akusztikus energiává alakul.
Elemi ütközés-dinamika Különféle esetek: • Egyenes centrikus/excentrikus ütközés (hova mutat a súlypont sebességvektora?) • Ferde centrikus/excentrikus ütközés • Rugalmas ütközés • Képlékeny ütközés
Mi történik a valóságban? • Mindig rugalmas-képlékeny(!) ütközés • A lövedék mozgási energiája átalakul: – A lövedék és a céltárgy rugalmas-képlékeny alakváltozási energiájává – Rezgési energiává (különféle hullámjelenségek) – Törési energiává
A szerkezet tönkremenetele ütközéskor
A szerkezetek védelme
Kétrétegő védelem (sarkok)
• A penetrációs ellenállás növelése • Az ütközési válasz csökkentése • Lokális árnyékolás/védelem
A légtérhasználatból eredı veszély BALESTEK 16
vitorlázó és sárkányrepülı
balesetek száma
14
sport
12 10
kis szállító
8
nagy szállító
6 harci
4
összes
2 0 1990
1995
2000 év
2005
747-400 repülıgép ütközése
SANDIA teszt
SANDIA teszt
SANDIA teszt
Comparative Size of Targets WTC 208’ wide 1,353’ tall
Containment Building 130’ wide 160’ tall Spent Fuel Pool 80’ wide 40’ tall
Pentagon 1,489’ wide (921’ per side) 71’ tall
Dry Casks 10’ wide 20’ tall (12 depicted)
Védettség
Védettség
EPRI Analyses Show Nuclear Plants Can Withstand Aircraft Crashes EPRI aircraft crash building integrity study uses advanced computer modeling and adverse assumptions. In 2002, the independent research organization EPRI undertook an advanced computer modeling study to determine if buildings at nuclear power plants can withstand the impact of an aircraft crash similar to the Sept. 11 terrorist attacks. A Boeing 767 was selected as the aircraft because its weight is greater than almost all other commercial jet airliners flown in the United States, and because over two-thirds of the commercial aircraft registered in this country are manufactured by Boeing. The location of the buildings and facilities where the aircraft would do the most damage was chosen as the place where the aircraft would strike. The study used the reasonable, controllable aircraft speed for the accuracy of the strike analyzed. Nuclear plants are much smaller than the World Trade Center or the Pentagon, making them more difficult targets to strike by aircraft. Because nuclear plant structures are smaller than the buildings attacked on Sept. 11, they are more difficult to damage, because it is more difficult to aim the airplane such that it hits the structure at its most damaging point. In addition, used fuel storage pools are either deep within a building or the used fuel is located underground and thus not visible to a pilot from a plant’s exterior. Also, intervening structures on the power plant site make it very difficult to reach these areas by plane. Finally, nuclear plant buildings and structures are so low to the ground that the ground begins to affect the wind currents produced by the plane, reducing a pilot’s ability to control and maneuver the plane without slowing down.
The EPRI study demonstrates that the critical structures of a nuclear power plant will not be penetrated by a aircraft crash. The results of the EPRI study demonstrate that no parts of a Boeing 767—the engine, the fuselage, or the wings, nor the jet fuel—will enter the containment building, used fuel storage pool, used fuel dry storage facilities, or the used fuel transportation containers. This means that no radiation will leak from these structures even if hit by a Boeing 767 at the maximum plausible force and vulnerability. CSIS “Silent Vector” Energy Sector Terrorist Attack Security Drill “Silent Vector” energy infrastructure security drill finds nuclear plants best defended facilities. A two-day national security exercise conducted by the Center for Strategic and International Studies in 2002 found that nuclear power plants would be less attractive targets to terrorist organizations because of the industry’s robust security program. The exercise was designed to explore difficulties and reveal vulnerabilities that might arise if the nation were faced with a credible, but ambiguous, threat of a terrorist attack on American soil. “Silent Vector” was developed and implemented by CSIS in partnership with the ANSER Institute for Homeland Security and the Oklahoma City National Memorial Institute for the Prevention of Terrorism. Potential targets included refineries, large liquefied natural gas or liquefied petroleum gas storage operations, pipeline infrastructure, petroleum terminals, nuclear power plants, chemical operations, and dams.
Elemzés és védelem
Nehéz teher leejtés
• Konténer daruzás PAE-ben: Az 1-2. blokk reaktorcsarnoki nehézteher szállítás során feltételezett teherleejtés hatását, a 18,90 m-es szint mértékadó szerkezeti részeit, illetve a hatás elleni védelem lehetséges épületszerkezeti megoldásait vizsgáltuk. A teherleejtés dinamikus hatását acél, illetve fa anyagú védelmi szerkezet figyelembevételével csökkentettük. Acélszerkezetnél felhasználtuk a más célra (teherre) készített, a gızfejlesztı fölött elhelyezett, meglévı szerkezetet. A fa anyagú védelmi szerkezetet 15x15 cm keresztmetszető, 2 m magasra épített máglya formájában vettük figyelembe. • A födém vizsgálata (mi történik, ha?): penetráció, kiütés, vibráció hatása • Födém-védelem (csillapító elemek) • Csillapító vagon
Ütközés, nehéz teher leejtés
Ütközés, nehéz teher leejtés
1. és 2. blokki hermetikus térhez tartozó 18,9m-es födém és tartó falazat véges elemes modellje
Ütközés, nehéz teher leejtés
Dinamikai analízis , redukált feszültség eloszlás [Pa] a falak elemeiben a 31. idılépésben
Ütközés, nehéz teher leejtés
Dinamikai analízis, redukált feszültség eloszlás [Pa] a 36. idılépésben
Ütközés, nehéz teher leejtés
Robbanás Összegzett statikus és dinamikus (36. idılépés) szintvonalas deformált alak [m]
Robbanás típusok • Detonáció Nem kell hozzá a levegı oxigénje
• Deflagráció Kell hozzá a levegı oxigénje
A robbanás-hullám kialakulása
Robbanás-hullámok
A robbanás-hullám
A robbanás-hullám
TNT egyenérték TNT=αe*Wf*Hf/HTNT ahol αe- TNT energia-egyenérték tényezı Wf – a robbanóanyag, üzemanyag tömege [kg] Hf – égési hı [J/kg] HTNT – a TNT detonáció energiája [J/kg], =4.52MJ/kg
Hatások A robbanások hatása
terhelés
Robbanás-hullám (kompresszió és depresszió)
Diffrakciós teher- a közvetlen és a visszaverődő hullám miatt
Robbanás-szél
Áramlási ellenállás okozta erő
Repülő tárgyak, repeszek Talaj-rezgés
ütközés Inercia-erő
Dinamikai elemzés (rúd/tartó)
A robbanás következménye a csúcsnyomás függvényében Csúcsnyomás
Következmények a szerkezeteken
Személyi sérülések
~0.015
Üvegtáblák, ablakok betörnek
Nincs személyi sérülés
> 0.03
Jelentő ősebb helyreállítás kell (kozmetikai károk)
Személyi sérülések az üvegcserepektő ől, lezuhanó tárgyaktól (világító testektő ől), stb.
>0.07
Kisebb szerkezeti károk vasbeton épületekben, téglaépületekben, könnyű űszerkezetes épületekben súlyos károk
A törmelékek személyi sérüléseket okoznak
>0.14
Lokális szerkezeti tönkremenetel a tégla és könnyű űszerkezetes épületek összeomlanak
Jelentő ős személyi sérülések, esetleg halálesetek
>0.21
Az épületek összeomlása
Súlyos sérülések és gyakori halálesetek
> 0.70
Teljes összeomlás minden nem robbanásra tervezett épület esetében
Csaknem 100%-ban halál
A lengés-alak egyenlete
E*J*uIV(z,t) = q(z,t) ahol q(z,t) = μ u’’(z,t) μ – a rúd tömegeloszlása (egyenletes) u(z,t) – az elmozdulás A megoldás szeparálható: u(z,t)=u(z)*y(t)
E*J*uIV(z,t) – ω0* μ u(z)= 0
Az idıfüggı egyenlet és megoldása
m &y& + c( y& - x& ) + k (y - x) = 0 &y& + 2 λω ω = 0
0
y& + ω
k , m t
2 0
y = − U&& g
és c = 2 m λω
0
1 && y( t ) = − U g ( t ) exp( −λω( t − τ ))dτ ∫ 2π 0
Válaszfüggvény y(t)=β(t)*ys ys a statikus elmozdulás
A robbanás következménye a csúcsnyomás függvényében
Robbanás: terhelés idıfüggvény
Irodalom M.Y.H. Bangash: Impact and Explosion, Analysis and Design, Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1993 Guidelines for Evaluating Process Plant Buildings for External Explosions and Fires, CCPS, American Institute of Chemical Engineering, New York, 1996 Goshi Béla: Design of buildings to withstand abnormal loads, Butterwoths, London, 1990 Györgyi József: Dinamika, Mőegyetemi Kiadó, 2003 2008.04.15.
64
Loads and Load Combinations Design for internal and external missiles of dangerous technologies like NPPs
Normal loads • D - Dead loads or their related internal moments and forces, including any permanent equipment loads. • L - Live loads or their related internal moments and forces, including any movable equipment loads and other loads which vary with intensity and occurrence, such as soil pressure. • T(o) - Thermal effects and loads, if relevant. • R(o) – Reaction loads, if relevant.
The loads and load combinations shall include consideration of normal loads, severe environmental loads, extreme environmental load, and abnormal loads.
Severe environmental loads • E - Loads generated by the operating basis earthquake. • W - Loads generated by the design wind specified for the plant.
Extreme environmental loads
Abnormal loads • T(a) - Thermal loads including T(o). • R(a) – Reactions, including R(o).
• E' - Loads generated by the earthquake • W(t) - Loads generated by the design tornado: • loads due to the tornado wind pressure, • the tornado-created differential pressure, and • to tornado-generated missiles.
Load Combinations for Concrete Structures For factored load conditions which represent extreme environmental, abnormal, abnormal/severe environmental, and abnormal/extreme environmental conditions, the strength design method should be used and the following load combinations should be considered: • D + L + T(o) + R(o) + E' • D + L + T(o) + R(o) + W(t) • D + L + T(a) + R(a) + 1.5 P(a) • D + L + T + R(a) + 1.25 P(a) + 1.0 (Y(r) + Y(j) + Y(m)) + 1.25 E' • D + L + T(a) + R(a) + 1.0 P(a) + 1.0 (Y(r) + Y(j) + Y(m))+ 1.0 E'
• Y(r) - Equivalent static load on the structure generated by the reaction on the broken high-energy pipe. • Y(j) - Jet impingement equivalent static load on a structure generated by the postulated break, and including an appropriate dynamic load factor to account for the dynamic nature of the load. • Y(m) - Missile impact equivalent static load on a structure generated by or during the postulated break, as from pipe whipping, and including an appropriate dynamic load factor to account for the dynamic nature of the load. In determining an appropriate equivalent static load for Y(r), Y(j), and Y(m)m elasto-plastic behavior may be assumed with appropriate ductility ratios, provided excessive deflections will not result in loss of function of any safetyrelated system.
