تحلیل و بررسی بارگذاری انفجاری سازه های زیرزمینی بتن مسلح تحت اثر انفجار مدفون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران و محیط‌زیست، دانشگاه قم، قم، ایران

2 دانشکده مهندسی و پدافند غیر عامل، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

چکیده

امروزه برای طراحی سازه‌های زیرزمینی افزون بر بارهای رایج نظیر زلزله، بارگذاری انفجاری نیز در نظر گرفته می‌شود. اغلب سازه‌های زیرزمینی در سراسر جهان دریک عمق ایمن در داخل خاک احداث می‌گردند. به عمقی از زمین که در آن سازه زیرزمینی تحت اثر نیروهای انفجار آسیبی دریافت ننماید، ایمن اطلاق می‌شود. علت استفاده از عمق خاک در طراحی و احداث سازه­های زیرزمینی بهره هرچه بیشتر از خاصیت تکیه‌گاهی خاک اطراف سازه و حداقل رساندن نیروی وزن سازه و هم‌چنین استفاده از خاصیت میرایی خاک جهت کاهش دامنه موج شوک ناشی از انفجار سلاح‌های نفوذکننده دقیق می‌باشد. بارگذاری انفجاری این سازه‌ها معمولاً بر اساس روابط و آئین‌نامه‌های حاصل از پژوهش­های نظری و تجربی انجام می‌گیرد. از طرفی روش‌های عددی و استفاده از نرم‌افزارهای اجزاء محدود نیز در محاسبه بار انفجاری وارد بر این سازه‌ها رواج پیدا کرده است. در این پژوهش اثرات انفجار مدفون بر روی یک سازه زیرزمینی بتن مسلح به روش عددی و تحلیلی بررسی شده‌است. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود اتوداین انجام گرفته است. به منظور تحلیل نحوه بارگذاری انفجاری و پاسخ سازه زیرزمینی، اثر وزن ماده منفجره و عمق دفن سازه مورد بررسی قرار گرفته‌است. به علاوه نتایج عددی نیز با روابط ارائه‌ شده در منابع معتبر علمی و دستورالعمل کشور امریکا برای طراحی این نوع از سازه‌ها مقایسه گردیده است. در انتها با توجه به نتایج پژوهش انجام گرفته در راستای بهبود بارگذاری سازه‌های مذکور تحت اثر انفجار در داخل خاک در طراحی‌ها، پیشنهاد می‌گردد از اعمال ضریب افزایشی به چنین بارهایی اجتناب شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of the Effect of Buried Explosive Loading on Underground Reinforced Concrete Structures

نویسندگان [English]

  • M.H. Taghavi Parsa 1
  • S. Peyman 2
1 Faculty of Engineering, Civil group, Qom University, Qom, Iran
2 Civil group, Imam Hossein University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Nowdays, for the designing of underground structures in addition to common loads such as earthquakes, explosives loading is considered. Most of these structures around the world are constructed in a safe depth in the soil. The depth of earth where underground structure under explosive forces does not receive damage, called “safe”. The depth in design and construction of underground structures for use more of the anchor properties of the soil around the structure and minimize the structural weight and also using the damping properties of the soil to reduce the shock wave caused by the explosion of the exact penetrating weapons. Usually explosive loading of these structures is based on the relations and procedures from theoretical and experimental research. Also the numerical methods and using finite element softwares to calculate the explosion load of these structures has been prevalent. In this study the effects of buried explosion on a reinforced concrete underground structure is investigated numerically and analytically. The numerical simulation was carried out using finite element software AUTODYN. In order to analyze the how to explosive loading and underground structure response, the effect of weight of explosive and buried depth of structures was investigated. Additionally, numerical results with relations that presented in reliable scientific resources and US instructions for designing this type of structures were compared. Finally, according to the results of research, in order to improve the designing of these structures under explosion loading in soil, it’s suggested that the incremental factor doesn’t apply to such loads.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Underground Structure
  • Explosion Loading
  • Shock Ground Parameters
  • numerical simulation
  • Autodyn
[1] P. Smith, J. Hetherington, Blast and ballistic loading of structures Butterworth, in, Heinemann Ltd, 1994.
[2] P.S. Bulson, Explosive Loading of Engineering Structures, 1 edition ed., CRC Press, London ; New York, 1997.
[3] TM5-855-1, Fundamentals of Protective Design for Conventional Weapon, in, Department of U.S Army Security Engineering, Washington, DC.
[4] Taghavi Parsa, M.H. Analysis of the Effects of Surface and Buried Explosions on Underground Structures by Using Numerical Simulation and Semi-Analytical Methods, MS Thesis, Imam Hossein University, Tehran, Iran, 2016. (In Persian)
[5] J.K. Clutter, M. Stahl, Hydrocode simulations of air and water shocks for facility vulnerability assessments, Journal of hazardous materials, 106(1) (2004) 9-24.
[6] B. Luccioni, D. Ambrosini, R. Danesi, Blast load assessment using hydrocodes, Engineering Structures, 28.12 (2006) 1736-1744.
[7] J. Henrych, R. Major, The dynamics of explosion and its use, Elsevier Amsterdam, 1979.
[8] J. Borgers, J. Vantomme, Towards a parametric model of a planar blast wave created with detonating cord, in: 19th International Symposium on the Military Aspects of Blast and Shock, Calgary, Canada, 2006.
[9] Lucksoney, Numerical Results-Based Review of the Hole Created by the Explosion in the Soil, Impact engineering, 35.12 (2008) 17-24.
[10] Anirban, The Tunnel in Soil Subjected to Blast Load Using 2D and 3D Numerical Simulations, Structure and Infrastructure Engineering, 18.3 (2011) 917-924.
[11] Y. Yang, X. Xie, R. Wang, Numerical simulation of dynamic response of operating metro tunnel induced by ground explosion, Journal of rock mechanics and geotechnical engineering, 2.4 (2010) 373-384.
[12] S. Mazek, H. Almannaei, Finite element model of Cairo metro tunnel-Line 3 performance, Ain Shams Engineering Journal, 4.4 (2013) 709-716.
[13] R. Tiwari, T. Chakraborty, V. Matsagar, Dynamic analysis of underground tunnels subjected to internal blast loading, in: World Congress of Computational Mechanics (WCCM XI), Barcelona, 2014.
[14] A. Gholizad, M. Rajabi, Buried concrete structure under blast loading, ADST Journal, 4.3 (2014) 167-179. (In Persian)
[15] R. Pezhman, B. Hadi, Analyzing the impact of the explosion on the surface of concrete tanks buried, 4th International Congress of Civil Engineering, Architecture and Urban Development, 2017.
[16] B. Pandurangan, Development, parameterization and validation of dynamic material models for soil and transparent armor glass, (2009).
[17] I. ANSYS, ANSYS Autodyn User's Manual, USA.
[18] R. Rempling, Concrete wall subjected to fragment impacts-Numerical analyses of perforation and scabbing, (2004).