بخشی از مقاله
چکیده
در سال های اخیر ، مطالعات وسیعی در زمینه تحلیل خرابی پیش رونده سازه های بلند انجام شده است. با این حال، اکثریت این مطالعات بر پایه روش APM و با حذف ناگهانی ستون ها انجام شده که در این مدت نیروی انفجار بر سازه اعمال می شود را نادیده گرفته است. در این مقاله، یک مدل عددی 3 بعدی با شبیه سازی بارگذاری انفجار و اثر دادن آن بر یک ساختمان بلند 33 طبقه فلزی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مدلسازی یک جعبه حاوی 20 کیلوگرم مواد منفجره در طبقه 24 ساختمان اثر داده می شود. در نتیجه این عمل، پاسخ های دینامیکی سازه با جزئیات تشریح گردیده و سپس توان سازه ارزیابی شده است. مقایسه بین روش ارائه شده و روش APM بررسی شده است. طبق این شبیه سازی متوجه می شویم که نیروی بالابرنده و فشار رو به پایین که بر دال وارد می شود، نیروی ستون تحت روش شبیه سازی شده انفجار مستقیم از
روش APM کمتر است و در ادامه به روش های افزایش مقاومت ساختمان ها در مقابل این نیروها خواهیم پرداخت.
کلمات کلیدی: انفجار، روش APM، خرابی پیش رونده، نرم افزار ABAQUS، نرم افزار ATBLAST
-1مقدمه
اخیراً طراحی ساختمان ها در برابر بارگذاری انفجار به یک امر مهم مبدل شده است. انفجارها را می توان بر اساس ماهیت شان طبقه بندی کرد. که
می تواند یک بمب معمولی باشد، یا یک ماده شیمیایی گازی شکل یا ضربه یک هواپیما و ... . انفجار می تواند باعث ایجاد خسارت به قاب های
ساختمانی شود، که در مواقعی به ویرانی کامل سازه بدل می شود. حمله هواپیمایی در 11 سپتامبر یک دیدگاه جدید و جدی را پیش روی محققان
جهت توجه به پاسخ ساختمان های بلند مرتبه در مقابل شرایط مهیب بارگذاری مانند زلزله ایجاد کرد. محققان بسیاری شروع به تمرکز مجدد بر علل خرابی پیش رونده در سازه ساختمان ها کردند و هم چنین به دنبال روش های منطقی برای ارزیابی و نیز افزایش مقاومت سازه ای تحت این اتفاقات شدند. در ایالات متحده، وزارت دفاع (ًفً) ژ1ب اداره خدمات عمومی ژ2ب 0)؛چ) جزئیات و نیز دستورالعمل هایی را برای مقاومت در برابر خرابی پیش رونده در ساختمان ها منتشر کردند. که در اوراق منتشره توسط این دو نهاد هر روش کار بر اساس روش غه0 بود. این
روش در کل بر اساس تمرکز بر سناریوی ستون گم شده جهت ارزیابی پتانسیل خرابی پیش رونده توسط حذف یک ستون می باشد. با این حال
در این روش، خسارت به اعضای سازه ای مجاور که ممکن است تحت اثر بار انفجار قرار بگیرند نادیده گرفته می شود. این ساده سازی ها منجر
به کاهش دقت و نیز نامطمئن شدن ارزیابی های خسارتی سازه می شود.
مطالعات دیگر همچنین در دهه های اخیر جهت توسعه روش های تحلیل سازه ای و دستورالعمل های طراحی و نیز افزایش مقاومت در مقابل بارهای انفجاری قابل توجه می باشد. در همین راستا انتشارات للکعمش؛ انگلستان ژ3ب اقدام به انتشار راهنمای طراحی ساختمان های عمومی و
تجاری که نیازمند داشتن امنیت در برابر اثرات ناشی از انفجار و مواد منفجره می باشند کرده است. یک فلسفه در این راهنما برای طراحی
ساختمان ها کاهش اثر ضربه ارائه شده و یک روش طراحی مورد بحث و تشرح قرار گرفته است.
هم چنین مقاومت ساختمان ها و نیز پیشگیری از خرابی نامتناسب نیز مورد بحث قرار گرفته است. در ایالات متحده، فیما 426 ژ4ب الزامات لازم
طراحی جهت کاهش خسارات فیزیکی به اعضای سازه ای و غیر سازه ای ساختمان و زیرساخت های مرتبط طی ضربه انفجار بمب، همانند ضربه ایجاد شده توسط مواد شیمیایی و بیولوژیکی و صعش را فراهم کرده است. کامبوچف ژ5ب در مورد اثرات تراکم غیر خطی در اندرکنش مایع – سازه و پیامدهایشان در بارگذاری هوا – انفجار سازه مطالعاتی انجام داده است. بلینس ژ6ب در مورد روش های تجربی جهت تخمین بارگذاری انفجار بحث کرده است. بشارا ژ7ب در مورد مدلسازی بارگذاری انفجار در سازه های بالای زمین مطالعه کرده است. رمنیکوف ژ8ب یک ارزیابی
دقیق از اثرات سازه های مجاور در بارگذاری های انفجاری بر روی ساختمان در منطقه شهری انجام داده است.
با این حال، به دلیل هزینه گزاف، عملاً نمی توان پاسخ یک ساختمان بلندمرتبه را با آزمایش تجربی تحت اثر انفجار تعیین کرد. در نتیجه، ابزارهای عددی پیشرفته همانند روش اجزاء محدود به یک روش اصلی برای تحقیق در این مورد تبدیل شده است. طراحی و تحلیل سازه های تحت اثر
بارهای انفجار نیازمند یک فهم کامل و دقیق از عناصر انفجار و پاسخ دینامیکی اعضای مختلف سازه ای می باشد. بعضی از مدل های عددی در
دهه های اخیر انجام شده اند. بورویک ژ10ب تخمین زده که یک فرمول لاگرانژ خالص می تواند جهت محاسبه پاسخ سازه ای در یک مسئله بارگذاری انفجار معین به کار گرفته شود. لوسیونی ژززبفیک تحلیل با جزئیات کامل شکست سازه ای و روش پیشنهادی را برای یک ساختمان بتن مسلح توسط بارگذاری انفجار ارائه می دهد که می تواند بارهای انفجار را به طور مستقیم بر قاب ها و طبقات ساختمان وارد کند. رفتار غیر خطی مصالح و اثرات دینامیکی نیز در شبیه سازی وارد شده اند. روش پیشنهادی به طور قابل ملاحظه ای نیازمند عملیات محاسباتی کمتر در مقایسه با دیگر شبیه سازی های عددی مستقیم است. بر اساس این مدل، پاسخ با جزئیات و مکانیزم ویرانی محتمل ساختمان های بلند مرتبه مورد
بحث و بررسی قرار گرفته است. هم چنین پس از آن روش ها و اقدامات افزایش مقاومت ساختمان های بلند مرتبه مطرح گردیده است. جهت
کنترل سودمندی و کارایی روش هغ0 هم چنین مدل یکسانی جهت بررسی رفتار ساختمان با روش حذف ناگهانی ستون مدلسازی شده و
مقایسه این دو تشریح گردیده است.
شکل 1 الف. مدل تحلیلی . نمای ایزوتروپیک ( انفجار در طبقه ( 23 ب. آرایش کلی شبکه
انجام داده است. با این حال، اکثر این مدل های تحقیقی عددی اخیر با محاسبات عظیم درگیر شده با زمان بوده و ساخت مدل به علت پیچیدگی
است مشکل می باشد.
در نتیجه برای طراحان، الزام آور است که یک روش مدل ساده را جهت مطالعه جزئیات رفتار ساختمان پس از انفجار به کار گیرند. برای حل این
موضوع، در این مقاله، توسط تکنیک های مدلسازی توسط نرم افزار آباکوس [13]، مدل اجزاء محدود سه بعدی یک ساختمان 33 طبقه که تحت
بار انفجار قرار گرفته است را مدلسازی و تحلیل می کنیم. در اینجا یک روش شبیه سازی مستقیم ساده سازی شده است.
جدول 1 مشخصات مقاطع از BS5950
شعاع ضخامت ضخامت عرض عمق جرم طراحی مقطع
ریشه بال جان مقطعB مقطع برتر
mm mm mm mm D Kg/m
Mm
Uc356*406*1086
Uc356*406*900
Uc356*406*634
Uc356*406*476
Uc356*406*286
Ub356*406*92
ریشه ضخامت عمق جرم طراحی مقطع
شعاع mm مقطع برتر
mm D Kg/m
Mm CHcf 273 * 125
شکل .2 تعریف محور محلی برای اعضای تیری در آباکوس
2 مدل سه بعدی اجزا محدود
همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است، یک مدل سه بعدی اجزا محدود توسط نرم افزار آباتوس [13] و توسط نویسندگان مقاله ایجاد شده است. این مدل شبیه سازی شده قاب سازه ای کامل یک ساختمان بلند مرتبه با عملکرد کامپوزیتی کامل دال می باشد. این مدل یک
ساختمان 33 طبقه فولادی کامپوزیت با فاصله شبکه ای 7.5m در هر امتداد است. پایداری جانبی کامل ساختمان توسط مهاربند (همانند شکل
نشان داده شده در شکل (9 در چهار نمای خارجی قاب تامین شده است. اتصالات تیر فولادی به ستون و اتصالات مهاربند به ستون گیردار می
باشد. پیوستگی در سراسر اتصال توسط دال مرکب که در بالای سرتاسر اتصالات قرار دارد نگه داشته می شود. برای هر طبقه ارتفاع 3m در نظر گرفته شده است. ضخامت دال 130mm می باشد. تمام اعضای فولادی سازه ای از فولاد 5352 استفاده شده است. ستون ها برای طبقه همکف از UC356*406*1086 ، برای همکف تا طبقه 8 ، UC356*406*900 ، از طبقه 9 تا UC*356*406*634 15 ، از 16 تا 22 از
UC*356*406*467 ، از 23 تا 28 از UC356*406*287 و از 29 تا 33 از UB356*406*92 استفاده شده است. برای مهاربندها نیز از فولاد
C4CF273X12.5 استفاده شده است. مشخصات مقطع در (جدول (1 نشان داده شده است. اندازه مقطع اعضای فولادی سازه از روش اصول
طراحی ظرفیت استاندارد انگلستان محاسبه شده است. 15]و[14
