Gasexplosionsversuche - Phase IV N . f. Astbury, H. W. W cst und H. R. Hodgkinson, Bricish Cera mie Rescarch Association, Stoke-on-Trent, Gll

Kurzfassung

Bei der E.C.R.A. (British Cera mie Rcscarch Associ:ltioll) wurde cin wei­teres Programm VOIl Gascxplosionsvcr­sllchcn abgcwickelr, Es wurde die Aus­wi rk llng verschicclcncr Sch ichtbi Iclungs­bcdinguugcn (cinschliel3l ich Schichren von sowohl reine m Gas ais auch Gas­Luft- Gelll ischcn) in dcn cinzclncn Rau­men des Gebaudcs ulltersuchr. Der V cr­such , der in der erstcn Versuchsreihe gróBerc Gebãudeschadcn vcrllrsachtc, wm de \\·iederholr. W citere Versuchc wurdcn in BlInkern dllrchgcHihrt, um die rclativc Dfllckwiderstandskraft von cinfach- und doppcltvetglasten Fens(ern zu ermittcln,

Einführung

Gas explosion testing - phase IV

A furth cr progral11l11c of gas cxplosion testing has bcen ca rricd o m ar the B.C.R.A. Thc dfce! of diffcrcllt layering conditions (including layees cf both ncat gas and gas/air mixtllrcs) in the paies of rOOlllS in rile building Jus been invcstigatcd. T he experimenr which Gl.uscd majo r srructural damagc in rhe fiesr scrics of expcri lllCIl{S was repcarccl. Further cxpcri mcnts were carricd o ut in the bunkcrs to deter mine the relarivc rcsistancc to pressurc of singlc :lnd doublc glazcd windows.

In Phase 11 [11 hatte der Vcrsuch 49 groBen Schaden am Maucr­werk des Gebaudcs angerichtct (Abb, 1), Es wmdc vermutet, daB die in Rallll1 1 (Abb, 2) ausgclestc Explosion, die c inen mit 1,3 Ibf/ in2 (8,96 k N / m2) gemessencn Oruck erzeugte, mir einem "Kaskadeneffekt" übcr die T i.ir auf Raul11 2 überg ri ff, wodmch cin bedeurcnd hohcrer Oruck enrstand, der in der Mitte der Gicbclwand mit 3,3 Ibf/ in 2 (22,75 kN/ m2) gCl11cssell wurdc.

Bcach tung vcrdiellt diese Explosion \vcgen ihrer einmaligcn Wirkung in bczug auf die H ühe des entstehenden Orucks sow ie dic Auswirkungen dicses Drucks auf das Mallcfwcrk,

Das Dcpartl11cnt of rhe Envi rollment (Umweltschutzabtcilung) bar die B.Ccram.R.A" den Vcrsllch, welUl l11cglich, ZlI wic­derholen , worauf das in T abel!c 1 gczcigte Programm vorbe­feitet wurde.

2. Verfahren und Ergebnissc

Des essais d'cxplosions de gaz -Stade IV

Un nOllvcau prograInllle d 'essais d'ex­plosions de gaz a été cffcctué au scin du D,C.R.A. Nous avons cxaminé l'effc[ des diHércntes cond itions de tir (y compris des t irs d 'allssi bien de gaz pur que de mélangcs gaz /a ir) dans Ics paires (sue Ics étages) des chambres dans Ic bâ ti 1l1ent. L' expér iencc, qui avai t prova­qué un dommagc structure impo rran t lors de la premicrc série d 'essai fut repétée. O ' autres cxp,'ricnces ont été effectuées &ms Ics somes pour détcr­miner la résistancc rclative 3. Ia prcssion des fcnêt rcs à une ou 3. dClIx vitres,

Der durch Vcrsuch 49 3m Gebaude ve rursachte Schaden war beseitigt wordcl1 , wodurch die ursprlingliche Fa rm des Ge­baudes gcringfiigig vcrandcrr wurde; keinc der Veranderungen w urde jedoch aIs bedeursa m angesehen, Es war beabsicht igt, in beiden Raumen Zl1crst cin stochio mctrisches Gemisch aus Erd­gas und dann ein Gcmisch aus Stadtgas zu erzcugen, Stochio­ll1etrischc Gcmische wurden berei ts früher errcicht ais er warrer ; bei VcrslIch IV-17 wurde das Gebaude so \vcitgehend be­schadigt, daB cine Fortsetzung der Versuche nicht ratsam erschien,

Abb. 1 : Beschadigungen an der Au Bensei le (der Hohlwand) , Ve rsuch 49 Fig. 1: Damage to outer leaf of cavity wall , round 49

D ic Are und Weise der Gaszufllhr lInd dic Instrumentierung sind im einzelncn an anderer Stclle [2] beschrieben, Ocr je­weil ige Drllck wurdc mit DruckmeBdosen besti111 mt , dcrcn Anbringllng in Zeichnung 3 und 4 gezeigt wird, Die Vcrsllchs­bedingllngen lInd d ie .Ergebnisse sind in dcn T abellen 2 lInd 3 Zusa Il1l11cngefaBt.

2.1 Versuche, bei dencn kcinc Schaden im Maucrwcrk vcr­ursacht wurdcn.

In den Vcrsuchen 1, 2, 3,4 und 5 wurde vcrsllcht, in den Rau­mcn 3 llnd 4 eine 0,61 m hahe Schicht reinen Erdgases zu erhal­ten, Dic Gaskonzcntrationen bis zur Oeckc waren in e[wa ver­gleich bar, auBer bei Versllch 4, bei dem im Fcnster von Ra1l111 3 ein Entlüftungsvcnrilator mit einem Durchmesser von 9-in (22,9 em) vcrwendet wurde. Bei dicse m Versllch ergabcn sich Drlickc lllittlcrcr Hóhe; dic Explosivitat dcs gasrcichcn Gc­misches in Raulll 3 (8<yo) w urdc durch den Vcntilator crhohr, w;ihrend in Raulll 4 cin 45% iges Gemisch blicb.

335

,"U .. Ch ipboclll To~

Sc:.,~wcd to Base Unlta cnJ N ciled \o Bcttcn-t--

3 No. 3'-6" Wick ' Whitcwood BoM' Unlts.j!ithotJt

bock'] Scrfltcd' to ,Ch,~,c,~"~-I==: Window Pane] awJ/or Wall

Perforated Fac!

o • ;, '"

Abb. 2 : GrundriB des Gebaudes

30' - li"

ROaM 2 ROaM 4

Fig. 2: FloOf plan 01 building

Tabclle 1: Prograllllll der Expcrimcll(c (Phasc IV). /Programmc of ExperilllclUs (Phasc IV).

336

N,'; No,

2

3

3a

4

5

6

8

9

14

16

16,

16b

17

RaUlll­N,, /

Rootll­Nos.

3/4

3/4

3/4

3/4

3/4

3/4

3/4

3/4

3/4

1/2

3/4

3/4

3/4

3/4

Ziindung in Raum Ignitiol1 in room

3

3

3

3

3

4

3

4

3

3

3

4

3

G:l.S

Erdgas I N:ltural

Erdg:u I N atural

Erdgas I N:l.tucal

Stadrgas I Town

Erdg:ls I N:ltur:d

Erdgas I Natural

Erdgas I Natural

Stadrgas / TO\V1l

Sradtgas I T o\Vn

Sradrgas I T own

Erdgas I Natural

Erdgas I N:ltural

Erdgas I Natural

Sradrgas I Towll

Derail

O,61.m-Schicht aus rcint"m Gas in jedem Raum; Tür gcschlosscn; FClIstcr mil Schclben aus Poly~thyJcn "crscht'n. 2 n. laycr of ncat gOlS in cach room; door closcd and windows ~1:>Sl:d with polylllcne shceting. \Vic 1, aber oci gdjlfnetcr Tür. As I, but with door open.

Wk 2, aocr Glas anstellc VOI1 Polyãthylcn. As 2, but wit!! glass in place of polythcllc.

Wk 2, abcr Glas anstellc VOI1 Polyãthylcn. As 2, but with glass in place of polythcnc.

Glas in Raum 3 mit Emlüftungswntilator. Glass in room 3 with 9 in. (22,9-e1ll) Xpclair fan to givc ventilation and pol~' thenc in room 4. Wir I. As I .

6"{. Gas/ Luft-Schicht (0,91 111) hoch in bcidcll Ráumrn: Tür gc­õffnct; Fenstcr mit POlyáthylt'nscheibcn \'crKhlossen. 6% gasfair layer, 3 fc. dccp in both roollls; door opcn and windows doscd with polythcllc shccting. Wic7. As 7.

10% Gas/ Luft-Schicht (0,91 m) in jl'dclll lhulll; Tür gcótfnct und Fcnstcr mit Polyãthy!cnschl'!bcn vcrschloss~:n . lO"ó gas/ai r laycr 3 ft. (0,91 m) in caeh room; door opcn and windows eovrred with po1ythcne shccting. \Vkdcrholung von Vcrsuch 49, 0,91 kg. Hcpcal o f round 49, 32 Ol. glass in windows, KitchclI unils fi llcd. dOOl' op.:n. \Vie 6, abcr 12 "~ Gas/ Luft-Schiche. As 6, bu! 12 ~ .. sas/air la~'er.

Wie 6, abcr 12% Gas/Luft-Schiche. As 6. but 12'} .. gas/alr layer.

\Vk 6, abcr 12 % Gas/Luft-Schicht. As 6, but 12 ~o I!;3s /air \aycr.

Wic 9. :lbcr 30~;, Gas/ Luft-Schichl. As 9, bl1t 30~" f;<ls/air la}'cr.

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Bei Versllch 1 lInd bei V crslIch 5 war die Tlir zwischen dcn beiden Rãumcn geschlosscn, aber hei dem in Raul11 3 stat[­findcndcn Versllch 1 wurdc sie dmch die Explosion aufgeris­sen, wahrend sie hei Versuch 5, der in Raum 4 stattfand, durch rue Wirkung der VerdülUumgswelle nach innen gezogen wurde. Dadllrch stró mte das Gas aus Raum 3 in Raul11 4, wo es sieh cl1tzündete lInd ohne weiteren Schaden anzurichten dureh das hei der vorangegangenen Explosion in Raum 4 gebo rstenc Fenster abzog. Aus dcm Fenstcr von Rau ll1 4 solltc eine groBe Flammc schIagen, die dadurch entsteht, daB beide Raume mit Gas von niedrigclll Druck geHille waren. Dicse Vorgange w urden beobachecc, wohei ein Hóchstdruck von nur 0,07 Ibf/in 2 (0,48 kN/ m2) inlbllm 3 lInd 0,14 Ib! /in2 (0,97 kN /m2)

in Raum 4 gemessen wurde. Im Vcrglcich dazu ergaben sich bei VerslIch I 0,17 Ib!/in2 (1,17 kN/m2) bzw. 0,32 Ib!/in2

(2,2 kN/ m2) .

. ..... 0 . .. , . .. ~-Abb. 3 : Position der Oruckmelklosen in den Rãumen 1 und 2 Fig. 3 : Position of transducers in rooms 1 and 2

~ Roo,,"' 3 / " "'---_.

M~S/

11'=-'" "po"r ,. ""fi, 90111 . .. ali ,-- . 011 _ali -

MR S. ll

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Abb. 4 : Position der OruckmeBdosen in den Rãumen 3 und 4 Fig.4 : Position of transducers in rooms 3 and 4

Tabellc 2 : SUlllmo.ry of Conditions in Rounds Fircd

1I',ao"r !IOt>Io _ 1I

~ Bei Vcrsllch 2 warcn dic Fenster mie Polyathylen, hei Vcrsuch 3 mit O,9 1-kg-Glas versehen. Bei Versllch 3 schcinc dic Explosion starker gcwesen zu sein, aher es licgcn lcider keinc Druckauf­zcichnungen vor. Jedoch zerhrach im Rallm 4 das groBc Fenscer ,

vcrsuchfl _--::::---::::-_ _ , __ G::.::os'----,--_ _______ I Stcllung der Tiir/Door eondition

Round T yp/Typc I Mischung /Mixturc davor/bcfore I danach/aftcr V crglasung jGlazillg

Erdgas/Nacural

2 Erdgas/N acural

3 Erdgas/Naru ral 3. Stadtgas/T own

4 ErdgasfNatu ral

5 ErdgasfN atural

8 Stad tgasfTown

141) SradtgasfT own

6 Erdgas/Natural

16 Erdg:'lsJ Natural

16. Erdgas/Natural

16 b ErdgasfNaeural

9 StadtgasfT o\Vn

17 Stadtg:ls/Towu

2-FuO-Schieht reines Gas in jcdem Raum /2 ft. !ayer llcat gas in caeh rool11

2-FllG-Schieht reines Gas in jedelll Raum (Entli.ifrun g) /2 ft. laycr ncat gas in each room (Xpclair room 3) 2-FuB-Schicht reincs Gas injcdc lll Raum /2 fr. Iaycr ncat gas in cach rOOI11

gcschl ·fd oscd

o ffen/opcn

o ffcn /opcn offcnfopcn

o ffcnjopen

gcschl. jclosed

gcschl.jcloscd

Wie Versueh 49 jA s round 49 offenjopen

6% Gas/Luft-Sehieht, 3 FuO Hó- offen/opcn hc, in beidcn lUumen/6% gasl ai r layer, 3 Ít. deep, in bo th rOOll1S

offcn /opcn

12% GasjLuft-Schicht, 3 FuG offcn jopcn Hohe, in beiden Raulll enf l2% gasfair !ayer, 3 h . dccp, in both roonlS

- OffCll/opcn

10% Gas/Luft-Sehicht, 3 FuB offcnfopcn Hohe, IH bciden RaumenJI0% gasJair b yer, 3 ft . deep, in borh rooms

30% GasjLuft-Schicht, 3 FlIG o ffcu /opcn Hohc, lJ1 bciden lH lIlllcn/30% gas/air byer, 3 Ct. deep, in both rOOIllS

offenfopcn

offcn /open

offen/o pcn offcn/o pcn

offenjopcn

offcn jopen (90")

2 · 0, 1111111 Polyãthylcn/2 . 0.004 in . polyehenc

2· 0, 1 111m Polyã thylcn/2 . 0.004 in. polythene

O,91 -kg-Glas/32 oz glass 0,91-kg-Gbs/32 oz glass

0,91-kg-Glas in lh llm 3, Poly­ãth ylcll iu Raulll 4/32 02 gbss in room 3, polythcllc in room 4

2·0, 1 mm Polyãrh ylenf2 . 0.004 in . polythene

wcit offcn/widc 2· 0,1 mm Poly;iehylcnf2 ' 0.004 opcn in. pol ythcnc

0,91 kg Glas/32 oz. glass

2 . 0, 1 mm Polyãthylen/2 . 0 .004 in . polythclle

2 . 0,1 ml11 Polyâthylen /2· 0.004 in. polythene

2· 0,1 111m Poly:ichylell /2 . 0.004 in. polythcnc

0, 15 mm Polyarhylen/O.OO6 in. pol ythene2)

0, 15 111m PolyãebylenJO.OO6 in. pol ythenc2)

0,91 kg GbsJ32 oz. glass

I) Râu llle 3 und 4 gebraucht in allcl1 Versuchcn (auBer Vcrsuch 14), wcnn die Rãu mc lllnd 2 gcbraucht wurden./Roo l1l s 3 and 4 uscd in ali rounds (exeepe round 14), when rool1ls 1 alld 2 were used.

2) Stãrkcre einzclnc Polyathylenplane zur Redllzicrung moglicher Mixcffcktc durch Fbttern im Wind.1 Thickcr sing1e polythcnc shect to red llcc possiblc mixing cffect due to f1apping in the \Vind.

337

~ T:tbcllc 3: Vcrsuchsergcb nissc illl GebaudcfRcsults of Ex pcrimcnts in thc Building ÇJO

Gcsch(itz tcr Durch- Maxima l- , Durchschnittlichc Gaskonzcntration bci Hohcl schnilts- d ruckl

A\'Crage gas conccntratio/l 31 dCPlhs (Mcthan/ Rl'gistricrtc O rücke in jedcm Raum / Prl'SSlircs rcoonh:d ín c3ch room d ruck { Maxímum Vl'f- G3S- IIlc thanc ~ .. \ (lb f. / in.2) sueli typ / Nr./ Typc Hound ufgas no.

1 ft. {0.3 m 2 ft.fO.61 111 3 fl./0.91m 14 fL/ 1.22 111 Hoom3 (I) I Rooll1 4 (2)

Hoolll Rool11 \toam Rool11 Nr.fChanncl nos .

.1 ( I) 1 4 (2) 3(1) 14(2) 1 .1(1) 14(2) 3 (I) 1 4 (:l) I 5 I 6 12 I 13 FHS 1 3 7 14

I N 70 5' 14 7 O O - - - 0.17 - - - 0. 12 0.28 - -2 N 68 75 17 I. 2 2 - - - 0.15 - - - 0.30 0.21 - -

3 N 54 5. 15 15 2 2 - - Estirnatcd 1.01) ESli l1J3tcd

I' 4 N 45 S 26 4 18 - - 0.53 - - - 0.42 0.60 0.37 - -

S N 64 63 24 17 I 1 - - - - - - 0.07 - 0 .14 - -

3, T 20 21 4 2 0.5 O.S - - 1.48 - - 1.32 1.07 - Estimatcd

8 T 21 24 8 4 I I - - - 0.47 - - 0.42 - 0.48 - -

(14) T 6 9.5 6 9.5 • 9.5 • 9.5 2.27 (ch4) (ch5)

- 2.07 2.0 - 2.2 2.60 2.01 -

6 N 9.52) 1.0 21) 3.5 1.52) 3 J .5l ) 3 - - 0.49 - 0.52 0.60 - - 0.42

16 N 17 12 5 4 1 2 0.5 1 1.07 1.02 - \.tI 1.0 l.l 0.97 0.90 0.97

16, N 13 13 2.5 4 O., I 0.5 1 0.69 O.TI 0.44 0.77 0.72 - 0.66 0.70 0.69

16b N 12.5 10.5 5.5 7 .S 0.5 L' O.S O., 0.16 0.16 0.17 0.16 0. 15 - 0.14 0. 14 0. 15

9 T 4 4 2 3 0.4 0.9 0.2 0.5 0.34 0.26 - 0.27 0.29 - 0.29 0.25 0.27

17 T - - - - - - - - 2.74 ') 2.16 2.45 2.5 - ') 2.2 2.43)

I t) N3Ch Ucschãd igungcll des Glas..'S gcscMlzt; kcin Dntck rcgis tricrt./Eslimatl'C1 from gla.ss failu rl'; no prcssurc r"cord . 2) Gcsch:'i IZI _ Instrument versagte kurz vor Endc der l;ültung.{Estinta.lcd - inslrUlllcnt failcd Ilcar cnd of filling . J) Gcsch(ilzlcr Druck - Vcrst:'irkcr bcgrenzt. / Estima!cd prl'SS\lrc _ amplificr lirnit~'<I . • ) Nicht bcstimmbar.fNot dctcrminable.

I 10

-

-

0.81)

-

0.10

1.1 1)

-

-

--

-

-

-

-

Estimatcd 3verage

prcssure

pressure llt'Obach t ungcn /Obser\'at íons

(lbf./in. 2)

Room I Hoom

3(1)1 4 (2) 3(1)14(2)

0.321 0 .15 0.3 0. 17 0.32 Lange Flamnu:n vornc und hinlcn./Long Ihnu.'S rronl and rcar.

0. 1 0.23 0. 16 0.30 0.21 Gcwallige FI:mullcn himen, Vcrzogcrung, d3nn FI31lllllC in ll:iul1l 3. / Hugc ftame rear, dcl3y, Ihen ftame in rOOIl1 3 .

- - 1.01) 0.8') llaum 4 J!;rot1:s F~'nS l c r gebrochen, Risse im klcinell FenSlcr; Rau1I1 3 un-bcsch~digl; Fl3nu lle allS der Ei nbuchl ung.f Room 4 large window brokcn,

0.28 0.52 0.33 0.60 0.37 slllall window crackc<l ; roolll 3 undalllaged: ftalllc fro m cavi ty. Ihum 4 langc Flamll1l'. /RuolII 4 long Ibme.

- 0.1 0.1 0.07 0.14 A lIsgl'dchntc FI;lI ll lllc./Extcnsivc l1alllC.

1.3 - 1.48 1.1 1) Haulll 4 bcide Fcnstcr draufkn: G las 2 1 III wdt g~'Schlcudcrt , der Anzcig('r 18 m. Raull\ 3 g rofk'S Fcnstcr drau!kn; klciJ K'S Fcnstcr intak t./Room 4 bolh w indows OUl ; glass thrown 70 ft., round markcr 60 fI. Hoom 3 large w indow OUI; SIIl311 window in!ac!.

- 0.45 0.48 0.47 0.48 Haum 3 kdnc Flammc nach Zündung; Poly(i lhylen zerschmolz danach langsam.fRoolll 3 no ft :lmc Otl igni tion: po lyt ltcne mcltcd slowly aftcr-wards.

3 .1 2.13 2.68 2.27 3. 1 Guingc Bcsch5diglltlgcn am Mallcrwak./M inor damage 10 b rickwork.

0 .60 0.54 0.51 0.60 0.60 Haul1l 3 lIllgcf;'ihr 0 ,91 111 Fl:II11mc; Polyãthylcn rausgcsch lcudcrt. Ihulll 4 ungdãhr 1,8_m_Flalllmc./ Hoo1l1 3 approx. 3 n. fl ame; polythcllc blowll

1.03 1.04 0.97 1.11 OUI. lluolII 4 approx. 6 fI. Itanu'.

1.03 Haulll 3 ungdãhr 0,91-m-Flammc: PolyãlhyJcn rausgcschlcudcrt. /Room 3 3pprox. 3 fI. flamc; polythcne b lown out.

- 0 .68 0.68 0.77 0.70 Ihum 4 Pol)'ãthylcnhaltcrungcn wcggcschlcudcrt 9,R m (5,1 2,5 an-Matcr ial)./ Hoolll 4 pol)'thcnc rctailll llg sl r ips Ihrown 32 fI. (2 1 in tilllbc.r).

I - 0.16 0.14 0.17 0.\5

- 0.29 0.27 0.34 0.29 I !lalllll 3 kdnc Flallllllc sichlbar: Rcsonanz-

} Au~u,mmg,,, , u f 0,3 m ! ctrckl gchort .4./ Hoolll 3 no t ali poly thcnc burncd off; no ftamc visiole; rl'Sonance von der Dccke gl-'SCnkt.f

- 2.46 2.3 2.74 2.4l ) d f,xt heard: Diffuscrs 10w"r"d lO 1 fi . DCtr:'ichtlichcr Schadcn a.n llallrn 3 ulld 4.{ rrom cciling. Considcra.olc damagc to rooms 3 and 4.

llbf./in. - 6,895 kNfm2 (N [Natural I "" Erdgas, T [Townl = Stadlgas)

wahrend das kleine Fenster gesprungen war, so da3 der Druck zwischen 0,7 und 1,1 IbE/in ' (4,83 und 7,58 kN / m') betragen haben mü3tc. Es wllrde dabci cin Wert von 0,8 Ibf/ in2 (5,5 kN /1112) angenommen. Da in Ilaul11 3 keiu Feustcr zerbrochen war, ll1u3 der Druck dort zwischcn 0,9 llnd 1,6 lbf/in2 (6,21 und 11,03 kN / m2) betragen haben. Ein Schatzwert von 1,0 IbE/in' (6,9 kN/mZ) scheint gerechtEertigt. Dieser vicr- bis scchsmal 50 hohe Druck bei VcrslIch 3 im Gegensatz zu Ver­sl1ch 2 kann jedoch nicht allein der stciferen und schwcreren Glasscheibe zugcschrieben wcrdcn, da sich die Gaskollzentra­tionen Icider bei den beiden Versuchen lInterschieden; tat­sachlieh wcisr Versllch 3 inncrhalb der Versuchc 1, 2, 3 und 5 die gcringste Konzentration auf.

Dei den Versllchen 3a lInd 8 sollten auch 0,61 m hohe Schichten aus reinem Gas llntersllcht wcrden, diesmal jedoch aus Stadt­gas. Somir gestattcn die VerslIche 3 und 3a einen direkten Ver­gleich zwischcn Erdgas und Stadtgas muer gleichen Bedingun­gen. Dei Versuch 3a wurde cin delldich hüherer Druck gemes­sen aIs der bei Versueh 3 gcsc!útztc Druck, uud die Schadcn au den Fenstern beider lUiu me warcll grü3er.

Bei Vcrsuch 3a stand die Tiir zwischen den bciden IUul11en offel1 , bei VerslIch 8 war sie gcschlossen. Im ersten Fali erfolgte dic Zündllng in Rallm 3, im zwciten in Raul11 4, 50 daB die geschlossene Tür durch die Saugwirkung geüffnet wurdc. Das Ergebnis wird jedoch durch dic Tatsache entwerret, da3 bei Versueh 3a Gas und bei Versuch 8 Polyãthylen vcrwcndet wurden. Diese Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daB ur­sprlinglich vorgesehen war, Versuch 8 mit dem am zeirlichcn Grtinden nicht durehgcfiihrtcn Vcrsllch 7 zu verglcichcn.

Boi de/l vcrsllchcn 6,16, 16a lInd 16b bcfandel1 sich 3 Et (0,91 m) dicke Schichren eines Erdgas-Luft-Gemisches in dcn Rallmen 3 und 4. Bei Versuch 6 wurden 6% Gas verwendct, bei den librigen Versuchen 12%. In keincm Fall wurde in cincr Hühe von tibcr 3 Fu3 eine gleichmã3ige Gaskonzcntration errcicht. Jedoch unrcrscheiden sich die in Raum 3 durchgeflihrten Ver­suchc 6, 16 und 16a nur in der Gaskonzemration, und die Er­gcbnisse stimmen mit der Konzentration-Druck-Kurve liberein (Abb. 5).

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Abb. 5 : Zusammenhang zwischen Nalurgaskonzenlralion (2 FuB unler der Decke) maximalem Explosionsdruck (Versuch 1- 6, 16 und 16 a). Fig. 5 : Relalionship belween lhe natural gas concentration ai 2 h . below ceil ing levei and maximum explosion pressure measured for rounds 1, 2, 3. 4. 5, 6, 16 and 16a

Versuch 16b fand im Ratlm 4 statt llnd brachtc cin zlcmlich nicdrigcs Ergebnis, das von dcn Ergebnissen der Abb.s deut­lich abweicht. Dafür kalUl Zllr Zeit keine Erklarung gcgeben werden, wenn man von der lcicht zllgãnglichen Enrlüfnmg des Raumes 4 absieht, durch wclche die Gase am den beidcn Rau men rasch entweichen kúnnen.

Bei Vers llch 9 wurde eineO,91 111 starke Schicht aus 100/0 Stadt­gas und Luft verwelldet. Auch hier kOlillrc keine gleiehma3ige Konzenrration errcicht werden. Ocr Druek war niedrig, und das Polyachylen im Fenster von Raum 3 verbrannte nicht voll­standig.

2.2 Versuche, bei dcncn die Ziegclm3uern beschadigt wurdcn. 2.2.1 Versllch 1V-14 2.2.2.1 DruckmesslIng

fine vollstandige Vermischung wurdc Im Raum 2 errcicht, in welchcm das Gas eillgeleitet w urdc, wahrend dic Vermischung in Rau l11 1 nicht ganz so einheidieh war. Die bei der Explosion entstandcnen Drlicke wurden sowohl von der Gas Couneil (M.R.S.) ais auch VOIl der Fire Research Statioll (F.R.S.) ge­messell . Rei Raum 1 stiml11ren die von dcn beiden SteIlcn ge­messcnCIl Werte ausgezeichnet i.ibcrein, hei Rallm 2 jedoch fiel die von der M.R.S. vcrwendere DruckmeBdosc aus, so daB flir diesen Raul11 keine Vergleichswcrcc vorlicgen.

a) M.R.S.-Ergebnisse Im gro3cn und ganzen ist der Verlallf der allfgezcichnctcn Druckimpll!se bei Versuch IV-1 4 für beide McBreihen gleich lInd a:hnlieh demjenigen bei Versuch 49. Der Verlauf ciner cypischen Druckkurve zeigt grundsatzlich drei Scheitclpunktc, wobci zu dcm bckallmen Paar von Scheitelpunk.ten, das sich bei belüfteten IUumen ergibr . cin drirtcr koml11t, der die Rcakt ion des Mc3gcrats allf den im ansroBenden Raul11 crzcug­ren Druck wiedergibt (Abb. 6). Dicser Schcitelpullkt ist nicht ciu eindeurigcr Einzelwert, sondern bcsrehc aus einer Reihc von kurzzcitigcn Maxilllalwerten, die cillcm stetigen lmpuls iiber­lagcrt sind.

CH.I.

Room.1.

CH. 3.

Room. 2 .

CH.6.

Room.1.

25ms. Div isions

p'

p; F;rst p.ck pr.ssur. ;n Room I.

P~ SlZcond plZok prlZssurlZ in Room I.

p,' First plZak prlZssurlZ in Room 2.

pt' SlZcond plZak pressure in Room 2 .

p' Pressure in Room 1 (as rlZcordlZd in Room 2)

p' PrlZssurtl in Room 2 (as rlZcorded in Room I.)

Abb. 6 : Aufzeichnungen Iypischer Druckprofile, Versuch IV-14, M .R.5. Fig.6: Typical pressure recordo round IV- 14, M.R.S.

339

Die Bedcutung der Maximalwerrc in den Druckdiagrammcn wurde ausfiihrlich diskuriert. Astbury und Vaughan [4] zeigtcll , daB unter bcsrimmten Umstanden die Maxirnalwcrte zu cincr Erhohung des wi rksamen Druckes führen. W cnngleich die ratsachliche Hohe dieses Druckes Hir bestimmte Fallr berechnct und seine Wirkllng auf das Bauwerk im elastischen Bereich abgeschatzt werden konnen, ist doch das einfachste llnd gc­naueste MaB Hir den enrstandencn Maximaldruck der Scheitcl­punkt der Spitzc.

b) F.R.S.-Ergcbnisse In Raul11 1 war der Druckmesser in der Mine der 3n Raull1 3 grenzcnden Zwischenwand angebracht und zeigtc cinen maxi­m,len Explosionsdruck von 2,2 lhE/in' (15,17 kN /m2) ,no Wahrend dicses Versuehs wurde die Leirung, wclche das MeB­gerat mit dcm Vcrstãrker verband, weggerissen, so daB nieht sicher ist, ob der Hochsrdrllek tatsaehlich registriert wurde. In Raulll 2 wl1fdcn zwci Oruckmcsscr in Nahc der Mitte der allBeren fcnstcrlosen Gicbclwand angebracht und Hoehstwcrte von 3,2 lhE/in' (22,06 kN / m2) und 3,1 lbf/ in' (21,37 kN/m') gcmessen. Ein weiteres Md3gerat in der Mine der 3n Ral1 l11 4 grcnzenden Zwisehenwand rcgistriertc einen Explosions­drllck von 3,2 Ibf/i n2. Alie Allfzeichmmgen zeigten drei oszilicrcnde Hochstwerrc, deren hoc!tstcr, der dritte, 220 IllS

nach der Zlindllng auftrat (Abb. 7). Dureh die lonisierungs­Hicke wurde festgestellt, wann die Flamme die Mitte des FCIl­sters von Rau l11 2 errciehte. Der Zeitpul1kt wurdc festgehaleell lInd stimmte mie dCIll dritten Hochstwert 220 ms nach der Zündung libercin.

3

5

4

6

Abb. 7: Druekmesser- Diagramme, Versueh IV-14, F.R.S. Fig.7: Typieal pressure reeord, round IV- 14. F.R.S. (Horizontal seale: 1 major dimension '" 200 ms. Vertical scale: 1 major dimension '" 1.4 Ibf/in.

340

2.2.1.2 Gcbaudcsch,dell Die Vcrkleidung VOIl Rallm 1 war zcrbroehcll und fast ganz­lich weggeschleudert. In Ralllll 2 war die Spanplattenverklei­dllng weggeschleudert, lInd die Fenstcrrahmen waren zer­brochen, abcr noch an ihrem Platz. Die beidcn kleinen Ober­liehter hingegen blicben einsehlicBlich der Scheiben ul1vetsehrt. Im Gegcnsatz ZlI Versl1ch 49 warCl1 die Zicgelmauern im wescmlichcn lInbeschadig t. An der Eekc von Rallm 2 traren zwei fcine, vertikale Risse in dcn auBeren Schalen der dott aneinanderstoBenden Giebel- und der Hinterwand allf (Abb. 8).

Dic 4 Y2 in (11,43 em) dicke Trclmwand zeigre Risse an der Verbindl1ng mit der Innensehalc der Gicbelwand; ahnliche Spuren fandcn sich im Stockwerk übcr dCIl1 Stockwcrk. in welchem dic Explosioll stattgcfunden hatte. Der Staub allf den Bctonplatten zcigtc kein Schwingungsmuster, wic das bei Versllch 49 der Fali gewesen war.

Untcr der FuBbodcnpla tte von Ihull1 1 war ein wcniger aIs 1/16 in (1,59 mm) breircr RiB, der in einem Winkcl von 45° von der Mitte dcr Eingangstiir quer bis zur Mirre der Giebel­wand VOIl Raul11 I verlief (das ist der VicrteIpunkt der ganzen Giebelwand). Das Alter dieses Risses kOJUlte nicht fes tgestellt werden; cr kCllillte schon vor Verslleh IV -14 bcstandcll haben l1nd auf Setzungel1 zurückzuflihrcn sein.

Abb. 8 : Zwei senkreehte Risse, Raum 2, Versuch IV- 14 Fig.8: Two vertical eraeks, room 2, round IV-14

Tabcllc 4: Rcgistri crrc Driickc (Vcrsllch IV- 14). Rccorded PrcSSllrcs (Round IV- H).

Erstcr Spitzcndruck Zwcitcr Spirzcll-McBgrolkn-umformcr

Firsr pcak prcssurc druck/Sccolld pcak

Transducer (1' ,) premire (P2)

(Iof./in. ')') 1 (Iof. / in. ') ')

MRSI } 1.50 2.27

MRS 6 Room 1 1.40 2.07

MRS4 0.70 1.97

MRS3} Room 2 1.23 2.60 MRS5 1.62 2.01

1) 1 lbf. / in. 2 = 6.893 kN/m2

2.2.2 Versueh IV- 17

2.2.2. 1 Gebaudesehadcn

Dei diesem Versuch solIrc eine 3 fr (0,91 111) sra rke, 30o;oigc Sradrgasschichr in den Rau l11cll 3 und 4 gebildcr werden. Dabci bildere sich cin srochiomcrcischcs Gemisch, das auf einer Hõhe von ungefãhr 15 in (38,1 em) nnrcrhalb der Dccke gcmcsscn wurde, wahrcnd bei der 3-Fufl-Marke (0,91 111) 3-4% Gas vor­handen war. Somir befand sich liber der 3-FuB-Marke ein cntziindliches Gcmisch (4-40% Gas), weil dic Extrapolation dcs Konzentr:uionsgefãlles cincn Gasanrcil von 320/0 in Dcckcn­hohc crgibt.

Das Ergebnis wac bemcrkenswcrt. Es bildetc sich cin Bruch­linicnsystcm in der Wand von )hum 3 aus, das VOll einem Gelenkbruch an dcm Raul1l 1 zugewandtcn Ende begleitet war (Abb. 9). Ein vollstãndigcs Bruchlinicnsystelll bildete sich an der Giebclwand aus und eine Qucrwand war verbogen (Abb. 10). Zu der Riiekw:ll1d cntwiekelte sieh ein horizontalcr Rifl, der sich ,pater wieder sehlo0 (Abb. 11 ).

In Haum 3 betrug die Ausbiegung in ha lber Hahe, wo die Vorderwand an die 9 in (22,86 em) scarke Trcnnwand stoBr, 33/ 4 in (9,53 em). Dic Innenscirc der Giebelwand zcigte cin 13ruehliniennctz und horizontale Risse, die sieh ctwas iiber und ctwas untcr halbcr Hühe bcfandcn, auBcrdcm cinige unbc­dcutcnderc Risse. In Hühe von zwei Ziegellagen über der Bc­dcnplacte vcrlicf cin RiB qucr libcr die ganze Wand. Die graBte

Abb.9: Beschãdigung en an der Vorderwand von Raum 3, Versuch IV-17 Fig.9: Damage 10 front 01 room 3, round rV-17

Abb. 10 : Beschãdigungen an der Giebelwand, Versuch IV-17 Fig. l 0; Damage 10 gable waJl, ro und IV-17

Abb. 11: Beschãdigungen an der Aückwand, Versuch IV-17 Fig . 11: Damage lO rear w alJ, round IV- 17

Ausbicgung der limensehalc der Giebelwand betrug 6 in (15,24 em). Dic Ausbicgung in halber Hühe der hmensehale der Vorderwand von Raum 3 bctrug an der StcUe, an der sie auf die einschalige Füllllng trifit, 3 in (7,62 em). Der obere T ei l der 4 yz in (11,43 cm) dicken Trcnnwand hactc sich auf Raum 4 zu bewegt , lInd zwar Yz in (12,7 111m) in der Mitte, wobei sic sowohl mit der Giebel- w ie mit der Zwisehenwand einen stumpfen Win.kel bildete. In Raum 4 verlicf iiber die ganze Innensehale der Giebclwand ein horizontaler RiB zwei Lagen iiber der Deeke und ein weiterer eine Lage umer der darüberliegenden Decke. Dicsc Risse waren ungefahr 5/ R in (15,88 mm) brcit. Die Rau111 4 zugewandte 4 % in (11 ,43 em) dickc Trcnnwand wics cin Bruchlinienmusrer auf und cinigc Risse um den Türsturz. Die Itmensehale der Rüekwand von Raum 4 zeigce einen horizonta­len RiB eine Lage lInter der obcren Decke, der von der Ecke aus bis zur halben Lange des Beronsturzes iiber dem Fenster reichte. In der 9 in (22, 86 em) dicken Wand war ein horizontaler RiS, der nur VOIl Raum 1 aus geschen werden konme, und cin wciterer nahe der oberen Decke. Ein horizomaler RiS verlief enrlang der obcren Occkc in der 9 in dickcn Wand. Er kOlUltc nU[ von Raum 2 aus gesehcn wcrden, seinc ganze Lange war nicht festzusrellen. Es llluS jedoch bcachtet wcrden, daB diese Wand vor dicsem Versuch bercits cincr ganzen Reihe von Explosionen ausgcsctzt war. Im zwcitcn Sroek über Rau m 3 befand sich cin 3 in (7,62 cm) breiter Rifl in der Deeke, der von der 4Y2 in (11 ,43 em) diekcn Trcnnwand e[wa 3 in (7 ,62 em) cmferm War lInd tibcr die ganze Brcite des Raul11s lief. Seinc graBte Brcite war wenigcr ais '/16 in (1,59 111m). Biegcrisse waren zwisehen der unteren Deeke und der 9 in (22,86 em) dieken T rennwand zu bemer­ken ; leichre Anzcichcn einer Biegebcanspruchung wurdcn auch zwisehen der untercn Dceke und der innercn Ziegelsehale der Giebelwand beobaehtet. Ober RaulU 4 waren Anzeiehen von

341

Biegerissen zwisehcn der unteren Deeke und der 9 in (22,86 em) dickcn Zwischenwand zu bcmcrkcn und etwas gro/3ere Risse zwisehcn der Deckc und der innercn Schale der Riickwand, wobei die Risse nirgends weiter ais 1/ 16 in (1 ,59 mm) klaHten. Ein feiner, dureh Biegung verurs.1ehter RiS befand sieh zwi­sehen der unteren Deeke und der inneren Sehale der Gicbel­wand ; scine Breite betCllg weniger ais 1/ 16 in (1,59 mm).

2.2.2.2 Erzeugtcr Druck F.R. S.-MeBgecate wurden nicht bcnutzt , und nur 6 M.R.S.­Gerare machten Aufzeiclmungcn. Ihre Lage isr in Abb. 4 ge­zeigr, die Maximaldriieke sind in T abclle 5 zusammengestellr. Die beidcn einzigcn Me/3gerare, die an vergleichbaren Stellen (6 und 7) angcbraeht waren, zeigren gute Übereinstiml1lung. Das cinzige Gerat nahe eincr sehwer besehadigren Wand zeigtc eincn Hochstdruck von 2,741bf/in2 (18,9 kN/m2) . Die anderen Gerate befanden sieh an Stellen - z. B. in Naheder Eeken -,wo keine H6chsrdrüekc erwarrer wurdcn. Die Gerare im kririsehen Bercieh in der Miue der Giebclwand licfcrtcn kcine Aufzcich­nungen. Deshalb isr es wahrseheinlich, daB die Maximaldriicke nieht registriert 'wurden; dic Bcsehadigungcn an den Zicgcl­maucrn Iassen einen Druek vou etwa 3,5 lbf/in2 (24 kN/m2)

vermuten.

Diesc Annahme sriitz sich darallf, da/3 der bei Vcrslleh 49 aufgezeichnete Maximaldruck von 3,3 Ibf/in2 (22,75 kN /m2)

einen ãlmlichen, jedoch etwas geringeren Sehaden anriehtere, wahrend sieh hei der Wiederholung von Versueh 49, dem oben bcsehriehenen Vcrslleh IV-14, ein Maximaldruck von 3,2 lbf/in2 (22,06 kN/m2) ergab, der sehr geringen Schaden am Ziegclwerk anrichtetc. Aus diesem Gnmd scheint ein Druek zwischen 3,3 und 3,5 Ibl /in' (22,75 llnd 24,13 kN/m2) Hir ein Gebaudc JUS zweischaligem Mauerwerk kritiseh zu werdcn, wcnn die 11 in (27,94 em) dieken Wandc mir etwa 31 lbf/in2

(2 13 kN /m2) vorbelastet sind lInd cine almliehc Anordllung von Aussteifungen vorliegt.

T abcllc 5: PosicioIlCIl der MeBgrõBenumformer und M axilll :l ldriicke (Versuch IV- 17) PositiollS of Recordi ng Tr:l !lsducers and M aximum Pressurcs (Round IV-I 7)

Room 3 Position im

Ib uln /Position C hannel Druckl Prcssurc in Roam No.

Dcckc/CciJing 6

Auf dcm Flur unrcrh:llb des Fcnsrcrs, gcgen Va rdcrw:lnd l I O ll fioor under window, against frone \Va li

In der Mittel 12 in centre

R licksci te der Z wischenw:md a III Boden der Ecke/9 in party w all rea r bottom co rner

TrClll1Wand l 4 '12 in partitioll 13 \Vali

') 1 Ib!.f", .2 ~ 6.895 kNfm2

342

(Ibf. fül') ,

2.16

2.74

2.45

2.5

Room 4

Channel Druckf

N o . Prcssure

(Ib!·fio ') ,

7 2.2

14 2.4 +

Obwohl die Ergebnisse spektakular sind, ITIu/3 beohachret wcr­dell , daB sich ciu fon schrcirender Einsrurz nicht ereignete und daB das beschadigtc Ziegelwerk nur mit groScr Miihe wicder cntfcrnt wcrdcn kOIU1tc . Dicser Vcrsl1eh verdiellt besondere Beachrung, ".veil andcrs aIs bei den Vcrsuchen 49 und IV-14, wo sich die Zündl1ng in Raum 1 bei maximaler Entliiftung ercignete, bei Versueh IV- 17 die Explosion in Raul1l 3 ausge­lost wurde, der die geringste EntHiftungsmoglichkeit hat, die bei Wohnraumen Illoglieh ist, lülmlich ein Obcrlieht. Dieses Fenster befindet sieh iiber einer 4 '12 in (I 1,43 em) diekcn Wand, die in zweischaliges Maucrwerk, Dicke 11 in (27,94 em), ein­mi.inder ; bei der ExpIosion wurde dicse 4~ in dicke Wand nieht starker beschadigt aIs die 11 in dicke zweischaligc Wand. Dic Hauptentlüftung erfolgte natiirlich durch die in der Trennwand befindliche offene Tür ZlI Raum 4, wo die Gase entzlinder wurden. Die Entllifrung dcr beiden lU1l111 C erfolgte hauptsaehlieh dureh das grúfiere Fenster von Raum 4. Obwohl die Drücke in Wirkliehkeit húhcr gewesen sein konncn aIs dic rcgistrierten W erte, seheint es wiederum schwierig zu sein, in normalen Wohmmgcn so hohe Explosionsdriicke ZlI erzeugen; die Arbeit des F.R.S. wahrcnd Phase III [5] zeigte, daB man, um Hoehstdrüeke hei Explosioncn zu erzeugen, nU[ cinen relativ kleinen Spiclralll11 bei der Gaskonzentration hat, dic um die stochiometrisehe Konzemration liegen mu /3. Rasbash [6] hat diese für Stadrgas auf 18 bis 25% geschatzt. Die Tatsaehe, da/3 es Illoglich war, die bei Versueh 49 erzieltc Wirkung Zl1

wiederholen, legt den SehluB nahe, da/3 das zufallige Zusam­mcntrcHell von Einflüssen, dic ZlI Veranderungen des Druckes und so mir zu gcwaltigen Explosionen mit Katasrrophendruek fiihren, uuwahrsehcinlich isto Ori.icke iibcr 3-4 lbf/ in 2 (21-28 kN 1m2) konnten in normalen Wohnhausern nur ais Folge sehr seltener lInd ganz besonderer U mstande auftrcrcn.

3. Folgerungcn Folgendc Sehliissc kOlUlen aus dcn Versllchen gczogcn werden, we1che das Ziegclwerk der Hauptgebaude besehadigtcn: a) Die Wirksamkeit der Entliiftullg, Hochstdriickc zu begren­zen, wurde bestatigt. b) Die Versllchsbedingungen von Versuch 49 kOllllten beim Versllch IV-14 wiederholt werdcn ; die Explosion war ahnlieh, aber ihre Wirkung auf das Gebaude etwas geringer. Dies ist vereinbar mit delll in Raum 2 allfgetretenen Hochstdruck (3,1 lbf/in2 ~ 21,37 kN2/m), der last so hoch war wie bei Ver­sueh 49 (3,3lbf/in2 ~ 22,75 kN /m2). c} T rotz der starken Bcsehadigung war das Gebaude noch standfest und stiirztc nicht vollig ein. Die besehadigtcn Ziegcl­wande konnren nur unter gro/3cn Schwierigkeitcn eingcrisscn werden.

Ancrkennung Die Vedasser mochten ihren Kollcgen beim B.Ceram.R.A., die die Vcrsuche durehfi.ihrten, sowie den Teams der M.R. S. unter Leitung von Herrn P. A. Cubbage lInd Hcrrn De. M. R. Marshall und der F.R.S. unter Lcitung von Herrn Dr. D. J. Rasbash und Herrn K. N. Palmcr Dank sagen. Dic Verfasscr dan.ken auch dem A.W.R.E., FOllIness, fiir die GeIegenheir, iiber die Auswcrtullg der Druckaufzeiehnungen zu diskutieren.

LITERATURHINWEISE Seire 345

Gas Explosion Testing - Phase IV

Introduetion

In Phase 11 [1] round 49 had caused major damage to the strlleture of the bllilding (Fig. 1). It was eonsidercd that rhe cxplosion initiatcd in room 1, (Fig. 2) whieh dcveloped a

measured pressure of 1.3Ibf/in2 (8.96 kN/ m2), passed through the doar imo room 2 wirh a "cascade dfeet" lcading to the developmcl1t cf a significantly higher pressurc mcasllCcd ar the centre of the gable \Vali as 3.3 Ibf/in2 (22.75 kN/ m2).

Interest in this explosion stcms from rhe possibility (har, ir was uniquc borh in tlle magnitude of the pressure dcvcloped and in the cffecr of this prcssure on the brickwork. The Departmcm of the Envirol1mcnt askcd B.Ceram.R.A. to attempt {Q repc:l.t the experiment, and the progral11Tl1c ser Qut in Table 1 was prepared.

2 . Experimentation and results Thc damagc done to rhe building in round 49 had bccn repaired and (his led to some slight differences from the original form of the building but nQne were regardcd as significam. Thc intcntion was [O work up to both (001115 fllll cf stoicheiolllctric mixtures of first natural gas and then to\Vn gas. In the event stoicheiol11ctric tnixtures were achieved in earlier rounds than anticipated, and rOllnd IV-17 damaged the building so extensi­vely, that funher cxpcrilllentation was considered inadvisable. T he Illcthod of fccding gases and the instrulllcntation are described in detail clscwhere [2J. Pressures werc measured by transducers, rhe positions of which are shown in Figs. 3 and 4. The conditions and resu!ts are sUl11marized in Table 2 and 3.

2.1 Rounds callSing no structural damage Rounds I, 2, 3, 4 and 5 ali relate to attempts to producc a 2-fc (0.61 -111) layer of llcat natural gas in rooms 3 and 4. Thc g3S concentrations with depth below che ceiling were roughly co mparable exccpt in the case of round 4 whcrc a 9-in (22.9-cm) Xpelair fan was llSed in thc window of room 3. Modcratcly high pressures were recordcd for this experi ment, the gas-rich mixture being reduccd to a more explosive levc1 in rOOI11 3 (S<Yo) by lhe action of the fan, while remaining ar 45% in room 4.

In both round 1 and 5 the door between the two roOIllS was d osed, but in rOllnd 1, fired in room 3, it wOllld be blown open by the cxplosion, while in round 5, fired in room 4, it wOllld be sucked open by the rarefaction wave. Thus the gas in room 3 wOllld be sucked imo room 4 and fired there to vent harmlessly through the window broken by the earlier explosion in room 4. The effcct should be of an extensive flame Erom the '\vindow of room 4 due to two rooms fuH of gas and a low pressure. Beth were observed, with a maximum pressure recorded in room 3 of only 0.07Ibf /in2 (0.48 kN /m2) and 0.14Ibf/in' (0.97 kN / m2)

in room 4 compared with 0.17 Ibf/in2 (1.17 kN/m2) alld 0.32 Ibf/in2 (2.2 kN /m2) tespectively for round 1.

ROllnds 2 and 3 diHcr only in the former having windows glazed in polythene and the latter 32-oz (0.91 -kg) glass. Round 3 seems to have been the bigger explosion, but unfortunately no pressure records were obtained. However, the large window in room 4 broke and the sma11 one cracked so that the pressurc can be estimated fairly closely [3] as between 0.7 and I.1lbf/in2

(4.83 and 7.58 kN/m2). A value of 0.8 Ibf/in2 (5.5 kN/ m2) has been taken. Since neither window in rOOI11 3 was brokcn chc pressurc chere l11ust lie between 0.9 and 1.6 Ibf/in2 (6.21 and 11.03 kN/m2); 1.0 Ibf/in2 (6.9 kN/m2) has been takell as a reasonable estimare. This four- to six-fold increasc in pressure in round 3 over round 2 calmot, however, ali be ascribed to the eHect of the more rigid and heavier vent cover of glass, since unfortllnately the gas concentration in thc two rounds are diHerent, indced rOllnd 3 shows thc lowest concentration of the :<>eries I, 2, 3 and 5.

Roullds 3a alld 8 were also intended to be 2-ft (0.6-111) layers of neat gas, but town gas. Thus rounds 3 and 3a providc a direct comparison under the samc conditions of town and natural gas. Significantly higher pressurcs were recorded in rOllnd 3a than those estimated for round 3 and the damage to the windows of

both rOOIl1S was greater. The ratio of the menn gas concentra­tion in the two rooms measurcd ar 1-ft (0.3-111) to che stoicheio­metric concenrration was 3.4 for the town gas and 5.7 for the natural gas.

In round 3a the door between the tWQ rOOllls was open, and in round 8 it was dosed. In the former case ignition was in room 3 in the laner case in rOOI11 4, so that lhe dosed door was sucked opcn and ir was observcd that there was no flame in room 3 on ignition. Again the pressurc was low, only abollt one-third rhat reached in round 3a, but again the result is con­foundcd by the facr that glass was lIsed in 3a and polythene in8. The diHiculty arises because round S had originally bcen inccnd­ed to compare wirh round 7 which chere was not time to fire.

Rounds 6, 16, 16a and 16b are ali 3-ft (0.91-m) deep layers of natural gas /air in rooms 3 and 4. Round 6 is 60/0 gas and che rcmaindcr 12% . In no case was an even conccnrra tion of gas achieved over rhe 3-ft depth. However, rounds 6, 16 and 16a, fired in room 3, are identieal exccpe for different gas concen­trations and the results fit the curve of concentration against pressure (Fig. 5).

Roulld 16b was fired in room 4 and gave a very low result which does noc fir on Fig. 5. There seems to be no ready explanatioll of this exeept the effect of rhe casily accessible vent in room 4 allowing the gases from rhe two roOIl1S to vem quickly.

Round 9 is a 3-ft (0.91-111) !ayer of 10% [Qwn gas/air. Again an evcn coneemration was not aehieved. Thc prcssurc was low and alI the polythene was not cven bllrned oH the window in room 3.

2.2 ROllnds eausing structllral da mage to brickwork 2.2.1 Round IV-14 2.2.1.1. Pressure measurements

Pcrfeet mixing was obtained in room 2, imo which the gas was introdueed, whereas the I11ixing in rool11 1 was not quire so lInifor m. The pressures developed by the cxplosion were measured by both the Gas Council (M.R.S.) and the Fire Rcsearch Starion (F.R.S.). Agreement between the t\Vo systems was excelient for room 1 but the M.R.S. transducer used for comparison in room 2 failed to fl1nction so no comparison is avai lable for this room.

a) M.R.S. Results In general the shape of rhe pressure pulses obtaincd for round IV-14 are the same for both sets of measurcmcnts and simi lar to those for rOllnd 49. Basical1y, a typical prcssurc trace consisrs of thrce peaks, the familiar double peak cxpected for a vented endosurc plus a peak representing rhe response of the transducer to the pressure generated in the adjacent room (Fig. 6). This peak is 110t, in faet, a singlc peak bllt consists of a nUlllbcr of short dl1ration spikes supcrimposed on a smooch pulse.

There has subscquently been considerable diseussion of the meaning of the spikes ou lhe pressure pulse rccords. ASTBURY and VAUGHAN [4] have showl1 that under ccrcain circum­stanccs the dfeet of spikes is to illcrease thc effective pressurc, and while (he magnitude of this can be calculatcd for specific cases and the effects on the structurc within the zonc of clastic behaviour gauged, the simplest and best singlc measure of the maXim1ll11 pressure developed is the peak of the spikc.

b). F.R.S. Results In rOOI11 1 the pressure transduccr was situatcd in thc centre of the party waU adjacent to room 3 alld recorded a maximum explosion premIre of 2.2 Ibf /in2 (15.17 kN/m2 ). During this test the lead connecting the transducer to the 31llplifier was tOrll away and it is noc ccetain that the maximum pressure was in fact recorded. .

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In room 2 two pressure gauges were siwated d ose to the centre of the externai windowless (gable) walI and recorded maxirnum pressures 01 3.2 Ibl/in2 (22.06 kN/ m2) and 3. 1 Ibl/in2 (21.37 kN/m2). Another gauge situated in the centre of the party wall adjacent to roo l114 recordcd an explosion pressure of 3.2Ibf /in2•

Ali the records showed thrce pronounced vibratory peaks, the highest peak, the third, occurred at 220 ms after ignition (Fig. 7) . The arrival of the fIame at the centre of the window in room 2, detecred by the ionization gap, was rimed and coinci­ded with rhe third pressure peak at 220 111 S afeer ignition.

2.2.1.2 Damage to the building

The c1adding to room 1 was broken and almos[ cntirely ejected. In room 2 the chipboard cladding was ejected and rhe window frames were broken bur rernaincd in place, with the exception of the two small top windows which remained cntirely imact including the glass. Unlike rollnd 49, rhe brickwork was virtuaUy undalllaged. At the comer of rool11 2 there were two fine vertical cracks in the olHer lcaves adjacem to the gable wall with tile rear wall (Fig. 8). Tilc 4 y, - in (11.43-cm) partition wall was cracked ar irs junction with the ilmer leaf of the gable wa lI , and similarly on the storey above the explosion storey. There were 110 vibratiol1 patterns in the dust on the concrete slabs, such as had been scen in round 49.

Under room 1 floor slab there was a crack less than 1/ '6- in (1.59- mm) wide, running at 45° from the middle of the from opening across to the middle of the gable wall of room 1 (that is the quarrer point of the fuH gable wall). There was no indication of the age of this crack and it may wcll have been prescnt before rOllnd IV-14 and dlle to scttlcmem.

2.2.2 Round IV-17

2.2.2.1 Damagc co the building

This round was intended to produ cc a 3-ft (0.91-111) !ayer containing a 30<yo concemration of town gas in cach of rooms 3 and 4. In the event a stoichciometric mixture was developcd and recorded abollt 15-in (38.1-cm) below ceiling levei with 3-4% gas ar the 3-ft leveI. There was thlls all ignitable mixture (4-40% gas) ovor this 3- ft (0.91-m) dcptil since extrapolation 01 the conccntration gradiellt gives 32% gas at ceiling leveI.

The result was spectaclllar. A yield-Iine pactern of cracks \Vith a hinge failure at the room 1 end was developcd on the from wall 01 roo m 3 (Fig. 9). A perleet yicld-line pattern 01 eraeks was developed on the gablc wall and the return was bem (Fig. 10). On the rear wall a horizontal erack developcd but c10sed up again (Fig. lI ).

In room 3 the bowing at the mid-depth where the fronr wall meets the 9- in (22.86-cm) parry wall was 33/ 4-in (9.53-<:m). The interior of the gable walI had a yield-l ine pattern plus horizontal cracks sl ightly above and slightly below mid-dcpth, and some subsidiary cracks. There was a fllJl- Iength crack horizontally two courses above the fl oor slab. Maximu l11 dcllcction 01 the inncr leal 01 the gable wall was 6-in (15.24-<:m). Thc bowing at mid-depth of the inner leaf of the from wall of room 3 where it adjoins the single-Ieaf infilling was 3-in (7.62-<:m). Tile 4Y2-in (11.43-<:m) partition wall at its cop had moved in the direction of room 4, Y2-in (12.7-l11m) ar tlte cemre, tapering oH both to the gable wall and to the parry wall cnd.

In room 4 the Ílmer Ieaf of the gable waU had a full-Iength crack horizomaIly two courses above rhe floor slab and 3nother, onc COtJfse bclow the upper floor slab. These gaps were approximately 5/s-in (15.88-m m). There were cracks on the side of the 4~-in (11.43-cm) partition wall, facing roo m 4, of yicld-line panern and so me cracking around the lintel o\'er the door. The inncr leaf of the back wall of room 4 had a

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horizontal crack one course below the upper floor slab cxtcnd­ing from the comer to half way along the concrete limei ovcr the window. There was a horizontal crack on the 9-in (22. 86-c1ll) wali visible only from the room 1 side and anothcr one adjacent to

the upper Hoar slab. There was a horizontal crack on the 9-in wall vis ible on1y from the rOOI11 2 side adjacem to the upper f100r slab, bllt duc tO che Symheprufe irs fuH cxtent could not be determincd. Ir should be noted, howevcr, [hat this waU had been subjected to a considerable nllmber of cxplosions prior to this round. O n the secolld storey over rOO I11 3 there was a crack in che floor slab approximatcly 3-in (7 .62-c111) from the 41h -in (11.43-cl11) partition wall stretchillg the fuH width of the room and the m3ximu lll gap \vas Icss than 1/16- in (1.59-111111). There w as slight indication of Hexllre crack disturbancc between the lowcr 1I00r slab and rhe 9-in (22.86-c m) parry wall and sl ight evidcnce of flexure becwecn the Jowcr floor slab and the brick wall in the inllcr leaf of the gable wall. Over rool11 4 there was evidence of flexure disturbance cracks betwcen the lower floor slab and the 9- in parcy wall and rather wider cracks between the slab and the rear wall inncr leaf, the gap being nowhere ll1cre than 1/ 16 in. (1.59-mm). There was a slight flexure crack between the lower floor slab and the inner leaf of thc gable wall, the maximum gap being less than ' / 16-in (1.59-mm).

2.2.2.2 Pressures developed No F.R.S. gauges were uscd and only six M.R.S. gauges gave a recordo The positions are Sh OWIl in Fig. 4 and the maximul11 pressures in T able 5. The only two gauges in comparable positions, 6 and 7, show good agreement. The only gauge near a badly damaged wall (1) shows the highcst pressures 2.74 Ibl/in2 (18.9 kN/ m2). The remaining gauges are in posi tiollS, e. g. towards corners, where the highcst pressures would not be expec[cd, and no gauges rccorded in the criticaI positiollS at the centre of the gable walI. It see J11S likely therefore that the maximulll pressurc rcached may not have becn rccordcd, and the damage to the brick­work is more consistem with a pressure oE abotlC 3.5 Ibf/in2

(24 kN /m2).

The basis for chis observation is tha t rollnd 49 had a recorded maximul11 pressure of 3.3 Ibf/in2 (22.75 kN /m2) and did si milar but sO l11cwhat less damage, whiJe the repear of round 49, round IV-14 described above, gave a maxi mum pressure of 3.2 Ibf /in' (22.06 kN/m2) and did very littlc dam.gc to tile brickwork. Therelore 3.3-3.5 Ibl/in2 (22.75-24.13 kN/m2)

seems to be a criticai pressure for damage to ll-in (27.94-cl11) cavity work under a preload similar co tha t in this bui lding which is 31lbf/in2 (213.7 kN /m2) and with a similar configura­tion of returns. Although the results are speccaclllar it wil! be obscrved that progressivc coHapse has not occurred and the damaged brick­work was again rcmoved only wirh great difficulty. This cxperi l11ent is parricularly imeresting because ulllike rounds 49 and lV-lA whcre ignitioll occurred in roo m 1 wirh the maxi­mUI11 venting, in round IV-17 the explosion was initiated in room 3 which has the smaller vent, indeed it has the smallest possible vem for dOl11estic accommodation, the clerestory willdow. This window is above a section of 4 'h -in (1 t .43-cm) brickwork let imo the ll- in (27.94-cm) cavity work, so in this explosion the 4 1/rin skin behaved no worse than the l1-in cavity. The major venting, of course, wiII have been through the opcn door in thc parrition walI to room 4 where the gases were thus ignited and the two rooms vcn ted together principally through thc larger window of r00111 4. Although the pressures may have beeu higher than thase rccorded, it seems yct again to be difficult to achieve high pressurcs in explosions in normal domestic premises, and the F.R.S. work in Phase III [5) shO\ved that to obtain the highest pressures it is neccssary to be within a

rclalivcly narrow band of gas concenrration abolir rhe scoicheio­mctric. RASBASH [6] has estimarcd this f O[ [Qwn gas as bcrween 18% and 25%' Thc fact that ir was possiblc to repl icare reasonably well rhe cffecrs of round 49 suggests that chance cffecrs lcading to variarions in pressurc and rhus "rogue" explosions giving catasrrophically high prcssures are unlikcly. IE pressurcs of more rhan 3-4 IbE/in2 (21 -28 kN / m2)

are achicved in normal do mestic acc011lmodation, it I1l11St be rhe result of very rare and special circulllstanccs.

3. Conclusions

The concIusions to be drawn from fhe experil1lellts causing damage CO the brickwork in the ma in building ,1(C:

a) Thecffectivcness of venring in limiting tlle maXinllll1l prcssure dcvclopcd has again been dell1onstrated.

b) The experimental condirions of round 49 were eHectively repeatcd in round IV-14, the nature of rhe cxplosion was si milar but irs effects on the bllilding \Vere some\Vhat less. This is nO[ inconsistent \Virh the maximum prcssure in room 2 being similar to but Icss (3.1 IbE/in2 : 21.37 kN/ m2) th,n in rOllnd 49 (3.3 IbE/in2 : 22.75 kN/ m2).

c) Despi te the I110St extcnsivc damage to date, the bui lding \Vas safe tO prop and no progressivc collapse occurred. The damagcd brickwork was eventually delllolishcd only \Vith grea t diHi­cu lty .

Acknowlcdgcments

The al1thors wish to cxpress rheir gratitude to their collcagues at the B. eeram. R. A. who carricd om the experimental work and to the tcams Etom the M.R.S. Icd by Mr. P. A. Cubbagc and Dr. M. !1.. MarshalJ and from thc F.R.S. Icd by Dr. D. J. Rasbash and Mr. K. N. Palmcr. Thc authors also thank the A.W.R.E., Foulncss, for the oppoftllnity affordcd ro discuss inrcrpreration of the plcssurc rccords.

REFERENCES l1J N . F. Astbury, H. W. H. W cst, H. R. Hodgkinsan, P. A. Cub­

bage and R. Clare: "Gas Explosions in Load-bcaring Brick Structurcs" . .13. Ceram. R. A. Spcc. Publ. 68, 1970.

[2J N. F. Astbury, H. W. H. West and H. R. Hadgkinsoll : "Ex­periment::t! Gas Explosions: Heport of Further Teses at Porecrs Marsrou". B. Ccram. R. A. Spcc. Publ. 74, 1972.

[3J H. W. H. Wcsr: "Thc Resistancc of Glass Windows to Pressurcs Gener:ltcd by Gascous Explosions". B. Ccralll . R. A. Tcch. Note 192, 1972.

{4] N . F. Astbury and G. N. Vaughan: "Motion af a Brickwork Structure undcr Certa in ASSlllllcd Conditions". B. Ceram. R. A. Tcch. Note 191, 1972.

[5] D.]. Rasbash and othcrs: "Gas Explosiol1s in Multiple COlllp:l rt-111Cl1ts". Fire Research Note 847, 1971.

{6] D. J. Ib sbash: Priva re COllul1unicalion.

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