Veszélyeztetettség - kategóriák. Ütközés. Repülıgép rázuhanás, ütközés, nehéz teher leejtés, robbanás. Dr. Katona Tamás János

Átírás

1 Veszélyeztetettség - kategóriák Kategória leírás Gyakoriság, 1/év Repülıgép rázuhanás, ütközés, nehéz teher leejtés, robbanás 1. extrém valószínűtlen 2. nagyon valószínűtlen Egyáltalában nem reális számolni vele (vagy távoli) Nem valószínű, de nem zárható ki teljesen < to 10-3 Dr. Katona Tamás János 3. valószínűtlen Az élettartam alatt nem valószínű, hogy előfordul, de a létesítmények egyikében elképzelhető 10-3 to valószínű Az élettartam alatt egyszer legalább bekövetkezhet >10-2 Sérülési/tönkremeneteli görbe Ütközés probability 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Fragility curves std.dev. 1 std.dev.2 Természeti jelenségek által okozott ütközések (pl. tornádó röpítette lövedék ) Emberi (ipari, hadi, terrorista) tevékenység okozta ütközések: Közlekedési balesetek Repülıgép lezuhanás 0,3 0,2 0,1 Lövedékek becsapódása Nehéz terhek leesése 0 load

2 Repülıgép lezuhanások Események, típusok 8. ábra. Katonai és polgári légijármővek balesetei 1990 és 2004 augusztusa között D b ábra. A balesetet szenvedett légijármővek tipusonkénti megoszlása Sportrepülıgép 13% Polgári kisgép 6% Sárkányrepülı 24% Év Vitorlázó gép 18% Helikopter 16% Katonai gép 23% Katonai légijárm ő Polgári légijárm ő site RNP5 navigáció

3 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 ütközés-dinamika Különféle esetek: Egyenes centrikus/excentrikus ütközés (hova mutat a súlypont sebességvektora?) Ferde centrikus/excentrikus ütközés Rugalmas ütközés Képlékeny ütközés 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-e 2 ) Az elveszett mozgási energia pl. hıvé, illetve akusztikus energiává alakul. 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

4

5

6 A szerkezet tönkremenetele ütközéskor

7 A szerkezetek védelme Kétrétegő védelem (sarkok) A penetrációs ellenállás növelése Az ütközési válasz csökkentése Lokális árnyékolás/védelem A légtérhasználatból eredı veszély repülıgép ütközése BALESTEK balesetek száma év vitorlázó és sárkányrepülı sport kis szállító nagy szállító harci összes

8 SANDIA teszt SANDIA teszt

9 SANDIA teszt Comparative Size of Targets WTC 208 wide 1,353 tall Containment Building 130 wide Spent Fuel Pool 160 tall 80 wide 40 tall Pentagon 1,489 wide (921 per side) 71 tall Dry Casks 10 wide 20 tall (12 depicted)

10 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

11 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 Ütközés, nehéz teher leejtés Dinamikai analízis, redukált feszültség eloszlás [Pa] a falak elemeiben a 31. idılépésben Dinamikai analízis, redukált feszültség eloszlás [Pa] a 36. idılépésben

12 Ütközés, nehéz teher leejtés Robbanás Összegzett statikus és dinamikus (36. idılépés) szintvonalas deformált alak [m] Robbanás típusok A robbanás-hullám kialakulása Detonáció Nem kell hozzá a levegı oxigénje Deflagráció Kell hozzá a levegı oxigénje

13 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

14 Hatások A robbanás következménye a csúcsnyomás függvényében A robbanások hatása terhelés Csúcsnyomás Következmények a szerkezeteken Személyi sérülések Robbanás-hullám (kompresszió és depresszió) Diffrakciós teher- a közvetlen és a visszaverődő hullám miatt ~0.015 > 0.03 Üvegtáblák, ablakok betörnek Jelentősebb helyreállítás kell (kozmetikai károk) Nincs személyi sérülés Személyi sérülések az üvegcserepektől, lezuhanó tárgyaktól (világító testektől), stb. Robbanás-szél Áramlási ellenállás okozta erő >0.07 Kisebb szerkezeti károk vasbeton épületekben, téglaépületekben, könnyűszerkezetes épületekben súlyos károk A törmelékek személyi sérüléseket okoznak Repülő tárgyak, repeszek Talaj-rezgés ütközés Inercia-erő >0.14 >0.21 Lokális szerkezeti tönkremenetel a tégla és könnyűszerkezetes épületek összeomlanak Az épületek összeomlása Jelentős személyi sérülések, esetleg halálesetek Súlyos sérülések és gyakori halálesetek > 0.70 Teljes összeomlás minden nem robbanásra tervezett épület esetében Csaknem 100%-ban halál Dinamikai elemzés (rúd/tartó) A lengés-alak egyenlete E*J*u IV (z,t) = q(z,t) ahol q(z,t) = μ u (z,t) μ a rúd tömegeloszlása (egyenletes) u(z,t) az elmozdulás E*J*u IV (z,t) ω 0 * μ u(z)= 0 A megoldás szeparálható: u(z,t)=u(z)*y(t)

15 m && y + c(y& & y & Az idıfüggı egyenlet és megoldása + 2 λω - x) & + k & + ω (y - = x) = 0 && 2 0 y 0 y U g k ω =, és c = 2 m λω 0 m 0 y ( t ) = 1 2π t 0 U& g ( t )exp( λω( t τ )) dτ

16 Válaszfüggvény y(t)=β(t)*y s y s a statikus elmozdulás Robbanás: terhelés idıfüggvény A robbanás következménye a csúcsnyomás függvényében 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,

17 Design for internal and external missiles of dangerous technologies like NPPs Loads and Load Combinations The loads and load combinations shall include consideration of normal loads, severe environmental loads, extreme environmental load, and abnormal loads. 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. Severe environmental loads E - Loads generated by the operating basis earthquake. W - Loads generated by the design wind specified for the plant.

18 Extreme environmental loads 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. T(a) - Thermal loads including T(o). R(a) Reactions, including R(o). Abnormal loads 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. 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) P(a) D + L + T + R(a) P(a) (Y(r) + Y(j) + Y(m)) E' D + L + T(a) + R(a) P(a) (Y(r) + Y(j) + Y(m))+ 1.0 E'