بارگذاری انفجار و ارزیابی پاسخ غیرخطی سازه‌های ساختمانی در مقابل آن

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 8، دوره 26، شماره 1، بهمن 1393، صفحه 121-132   

نوع مقاله: یادداشت پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/civil.v26i1.44313

نویسندگان

احمد فراهانی^{* 1}؛ محمدعلی هادیان فر²

¹دانشگاه خاتم الانبیاء

²دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

در شرایطی که حملات تروریستی به اماکن و تأسیسات غیرنظامی روندی افزایشی پیدا کرده‌است، توجه به طراحی ساختمان‌ها در مقابل بارهای ضربه‌ای ناشی از انفجار، از اهمیت بیشتری برخوردار است و توجهات و ملاحظات ویژه‌ای را می‌طلبد. شناسایی ماهیت بارهای انفجاری و نحوه‌ی اعمال آن بر سازه یکی از مسائل مهمی است که باید مورد مطالعه و توجه قرارگیرد. انفجار آزاد شدن ناگهانی و سریع حجم بسیار زیادی از انرژی است که تولید نور، گرما، صدا و موج ضربه‌ای می‌نماید. این موج شامل هوای بسیار متراکمی است که به‌صورت شعاعی و کروی با سرعتی در حدود سرعت صوت از منبع انفجار به‌سمت خارج حرکت می‌کند. اعمال این بار هولناک بر سازه باعث ایجاد تغییرشکل‌های زیادی در محدوده‌ی غیرخطی و خرابی قسمت‌هایی از سازه می‌گردد که انجام تحلیل‌های غیرخطی را ضروری می‌سازد. در این مقاله بارهای انفجاری و پارامترهای مهم انفجار معرفی شده‌اند و روابط و مدل‌های مختلف بارگذاری انفجاری مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته‌اند و مناسب‌ترین مدل برای محاسبه و اعمال این بارها بر سازه‌های ساختمانی شناسایی و مورد استفاده قرار گرفته‌است. سپس با به‌کارگیری نرم‌افزارهای تحلیل سازه، پاسخ غیرخطی قاب‌های مختلف ساختمانی در مقابل بارهای ضربه‌ای ناشی از انفجار محاسبه و مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. هم‌چنین با مقایسه‌ی رفتار غیرخطی قاب‌های ساختمانی با تعداد دهانه‌ها و طبقات مختلف، عوامل تأثیرگذار بر پاسخ سازه شناسایی و معرفی گردیده‌اند.

کلیدواژه‌ها

تحلیل دینامیکی سازه؛ موج انفجار؛ سازه‌های ساختمانی؛ بارگذاری انفجاری؛ بارهای ضربه‌ای

مراجع

1. Longinow, A. and Mniszewski, K.R., "Protecting Buildings against Vehicle Bomb Attacks", Practice Periodical on Structural Design and Construction, Vol. 1, 1, pp. 51-54, (1996).

2. U.S. Department of Homeland Security, "Reference Manual to Mitigate Potential Terrorist Attacks Against Buildings", Federal Emergency Management Agency, FEMA 426, (2003).

3. U.S. Department of Homeland Security, "Primer for Design of Commercial Buildings to Mitigate Terrorist Attacks", Federal Emergency Management Agency, FEMA 427, (2003).

4. TM5-855-1, "Fundamentals of Protective Design for Conventional Weapons", U.S. Department of the Army, Washington D.C., (1990).

5. TM 5-1300, "Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions", Joint Departments of the Army, Air Force and Navy, Washington D.C., (1990).

6. Applied Research Associates (ARA), Inc., "A.T.-Blast program", Protective Glazing Council, (2007). http://www.protectiveglazing.org

7. Brode, H.L., "Numerical solutions of spherical blast waves", Journal of Applied Physics, Vol.26, Issue: 6, pp. 766-775, (1955).

8. Newmark, N.M. and Hansen, R.J., "Design of Blast Resistant Structures", Shock and Vibration Handbook, Vol. 3, Eds. Harris and Crede, McGraw-Hill, New York, USA, (1961).

9. Mills, C.A., "The Design of Concrete Structure to Resist Explosions and Weapon Effects", Proceedings of the 1st Int. Conference on concrete for hazard protections, Edinburgh, UK, pp. 61-73, (1987).

10. Mays, G.C. and Smith, P.D., "Blast Effects on Buildings", Thomas Telford Service Ltd, London, E14 4JD. 121pp., (1995).

11. Lam, N., Mendis, P. and Ngo, T., "Response Spectrum Solutions for Blast Loading", Electronic Journal of Structural Engineering, Vol. 4, pp. 28-44, (2004).

12. Izadifard, R.A. and Mahrei, M.R., "Application of DBD Method to Assess the Level of Structural Damage Due to Blast Loads", Journal of Mechanical Science and Technology, (2008).

13. Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A. and Ramsay, J., "Blast Loading and Blast Effects on Structures – An Overview", Electronic Journal of Structural Engineering, (2007).

14. Zhu, F. and Lu, G., "A Review of Blast and Impact of Metallic and Sandwich Structures", Electronic Journal of Structural Engineering, (2007).

15. Lee, K., Kim, T. and Kim J., "Local Response of W-Shaped Steel Columns Under Blast Loading", Structural Engineering and Mechanics, Vol. 31. No.1, pp. 25-38, (2009).

16. Hadianfard, M.A., Farahani, A. and Jahromi A.B., "On the effect of steel columns cross sectional properties on the behaviours when subjected to blast loading", Journal of Structural Engineering and Mechanics, Vol. 44, No. 4, pp. 449-463, (2012).

17. Baker, W.E., "Explosions in Air", University of Texas Press, Austin, TX, (1973).

18. Federal Emergency Management Agency, "Primer for Design Safe School Projects In Case Of Terrorist Attacks", FEMA 428, (2003).

19. ANSYS 11. , "Reference Manual. Element Reference", Element Library.

20 .Soroushian, P. and Choi, K.B., "Steel Mechanical Properties at Different Strain Rates", Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 113, No. 4, pp. 663-672, (1987