بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
اثر انفجار سطحی ناشی از مواد منفجره متمرکز بر روی سازههای بتنی
چکیده
انفجار ناشی از مواد منفجره حجیم و متمرکز در محوطه اطراف یک ساختمان اثرات مصیبت باری می تواند داشته باشد و باعث خسارات و خرابی از قبیل خرابی قاب ساختمان، دیوارها، درها و پنجرهها و... شود، همچنین می تواند باعث صدمه جانی و مرگ ساکنین بشود. البته این اثر بر روی سازههای مسکونی به مراتب مخرب تر خواهد بود چرا که این سازهها صرفاً در برابر نیروی زلزله طراحی می گردند. لذا در این مقاله با انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی بر روی یک قاب ساختمانی بتنی ۳ طبقه طراحی شده در برابر زلزله، به بررسی رفتار آن در برابر بار انفجار ناشی از مواد منفجره متمرکز در فواصل ۵، ۱۰ و ۱۵ متری از آن پرداخته شده است. نتایج حاکی از آنست که با توجه به افزایش نرخ بارگذاری انفجاری، مقادیر تنش گرهی در اعضایی که در نزدیکترین فاصله تا محل انفجار قرار گرفته اند، در مقایسه با اعضای دورتر، بیشتر بوده تا حدی که در زمان بسیار کوتاه بعد از انفجار این اعضاء تسلیم می شوند.
۱ -- مقدمه
امروزه با بالا گرفتن اوج ناآرامی در کشورهای دنیا مطالعات بیشتری بر روی ساختمان ها و عکس العمل آنها در برابر انفجارهای ناشی از مواد منفجره کار گذاشته شده در اطراف آنها مورد بررسی قرار گرفته است. در حال حاضر تحقیقات و مطالعات گسترده به منظور یافتن راه کارهایی برای جلوگیری از تخریب ساختمانها در برابر اینگونه حملات ضروری می باشد. باتوجه به موقعیت استراتژیک کشورما در منطقه خاورمیانه و وجود این تهدیدات، لازم است این موضوع به صورت جدی مورد بررسی و توجه قرار گیرد. در این تهدیدها عموماً یکی از عوامل مهمی که باید بررسی گردد اثر انفجار ناشی از مواد منفجره کار گذاشته شده به صورت بسته بندی یا جاگذاری شده در وسایل نقلیه بر روی سازههایی است که مورد تهدید و حمله واقع شدهاند. حال l توجه به اینکه عموم سازههای شهری در برابر نیروهای زلزله طراحی می گردند و مقاومت کافی در برابر اینگونه انفجارهای حجیم و ناگهانی را ندارند، لذا در این مقاله به بررسی رفتار سازهها در برابر اینگونه انفجارها، عموما G9a فشاری ناشی .3 انفجارهای سطحی پرداخته شده است. در این تحقیق سازه مورد بررسی با اسکلت بتنی و طراحی شده در برابر زلزله می باشد. میزان مواد منفجره با پیش فرض مشخص و محل انفجار انها همتراز با طبقه اول این سازه صورت می گیرد.
۲- مروری بر ساختمانهای آسیب دیده در اثر انفجارهای سطحی انفجار ناشی از مواد منفجره حجیم و متمرکز در محوطه اطراف یک ساختمان اثرات مصیبت باری داشته و باعث خسارت زدن و خرابی بخشهای داخلی یا خارجی ساختمان می شود. این انفجار، قاب ساختمانی، دیوارها، درها و پنجره ها را نیز دچار خرابی کرده و سرویس دهی های ساختمان را مختل می کند. ضربه ناشی از انفجار باعث به وجود آمدن گرد و غبار، آتش سوزی و دود گشته و میتواند به صدمه و مرگ ساکنین بی انجامد. در این راستا و در خصوص ساختمانهایی که تاکنون در اثر اینگونه انفجارها خسارت دیده و یا تخریب شده اند به بررسی ساختمان برج الخبر پایگاه هوایی عربستان میپردازیم.
۱-۲- ساختمان برج الخبر عربستان
در سحرگاه ۲۶ ژوئن سال ۱۹۹۶، ساختمان برج الخبر محل استقرار نیروهای آمریکائی در پایگاه هوایی ملک عبدالعزیز در ظهران عربستان سعودی، مورد یک حمله تروریستی قرار گرفت. در این حمله تروریستی یک کامیون حامل سوخت که در قسمت شمالی ساختمان در اطراف پوشش حفاظتی ان پارک شده بود، منفجر گردید. در اثر این انفجار که ناشی از مواد منفجرهای معادل ۲۲۵۰ کیلوگرم INI بود، نمای شمالی این ساختمان ۸ طبقه به کلی منهدم گردید. اعضای افقی کف ها کاملاً تخریب و در بعضی از سطوح اعضای قائم نیز خسارت دیدند. در این انفجار همه درها و پنجرههای قسمت شمالی ساختمان منهدم شدند اما دیوارها سالم باقی ماندند. در محل انفجار بمب حفره ای به بعد تقریبی ۲۵/۵ متر عرض و ۱۰/۵ متر عمق ایجاد گردید و این انفجار تعداد قابل توجهی مجروح و کشته برجای گذاشت. قدرت انفجار در این حمله تروریستی به حدی بود که تا فاصله ۲۰ مایلی آن در کشور بحرین نیز احساس شد. شکل (۱) خسارت وارده به ساختمان برج الخبر را نشان می دهد. همچنین در شکل (۲) نیز میتوان محل انفجار و حفره ناشی از آنرا مشاهده نمود.
۳- مواد منفجره و بارگذاری ناشی از انفجار
مواد منفجره
دارای قابلیت واردسازی فشار ناگهانی به اطراف خود در هنگام تبدیل سریع ماده منفجره به گازهای داغ هستند. فشار این مواد که با تولید گرما در طی انفجار بالا می رود، توازن فشار نگهدارنده اطراف را برهم می زند و لذا در ܣܝܵܥܵlܩ انفجار امواج شوک تولید می شوند. بمبهای نظامی عموماً از مواد گرانقیمت مانند TNT به همراه RDX و HMX تشکیل می شوند. TNT یکی از 9 در مواد منفجرہ ترکیبی به عنوان خرج کمکی، انفجاری l 9 معمولی ترین مواد منفجره نظامی است که به تنهایی تخریبی مورد استفاده قرار میگیرد، TNT یا تری نیترو تولوئن می باشد ۱]. TNT به عنوان مادهای که به راحتی ذوب می شود و میتواند HMX ،RDX، آلومینیم، نیترات آمونیم و دیگر منفجره های قوی با نقطه ذوب بالا را در حالت مذاب نسبتاً روان با خود همراه کند و حتی خصوصیات انفجاری بالاتری را در 8902ల9 مخلوط داشته باشد، دارای بالاترین مصرف در میان منفجره های نظامی است، بنابراین به عنوان مرجع سایر مواد منفجره در نظر گرفته می شود. بدین معنی که وقتی ماده منفجره قوی غیر از TNT میباشد انرژی معادل آن با استفاده از ضرایب ماده منفجره به دست می آید.
۳- ۲- بار ناشی از انفجار و پارامترهای آن
افزایش سریع فشار هوا باعث به وجود آمدن فضایی در اطراف بمب انفجاری خواهد شد که در جلوی این محیط هوا دست نخورده میماند ولی در پشت سر آن هوا تحت فشار جدیدی قرار خواهد گرفت که این منطقه شوک جلویی موج انفجار نامیده می شود. چون انفجار باعث گرم و منبسط شدن هوای اطراف میگردد، نتیجتا این امر در هوا و مایعات قابل فشار، موجب به وجود آمدن موج انفجار خواهد شد [۳].
دیاگرام فشار - زمان موج انفجار می تواند توسط یک فرم کلی همانند شکل (۳) نشان داده شود. این شکل برای انفجار در محیط آزاد است.
در بیشتر موارد برای تعیین مقادیر فشار انفجارات سطحی، از یک روش نظری مبتنی بر ضریب بازتابش خرج استفاده در فضای باز معادل میباشد. سازههایی که در معرض پیامد انفجارات سطحی قرار میگیرند معمولاً در بازه فشاری قرار می گیرند که آن موج صفحه ای می توان اعمال کرد. l توجه به اینکه در بیر أنواع انفجارهای شمرده شده، انفجار سطحی بیشترین احتمال وقوع را داشته و نیروی انفجاری آن نیز بیشتر میباشد بنابراین نمودار فشار - زمان انفجار سطحی به عنوان بار انفجاری بر سازه وارد شده و از این پس از مفروضات این انفجار جهت انالیز و طراحی در این مقاله استفاده خواهد شد [۵ ] .
۵- معرفی مدل سازه و بررسی نتایج
این سازه تحت تأثیر سه نوع بارگذاری، ناشی از انفجارات سطحی مطابق جداول (۲) و (۳) و (۴) مورد تحلیل دینامیکی غیرخطی قرار قرار گرفته است. به علت سطحی بودن کلیه انفجارها، مرکز کانونی این انفجارها در فواصل ۵، ۱۰ و ۱۵ متری سازه در نظر گرفته شده اند. کلیه این بارها مطابق شکل (۵) به صورت بارفشاری بازمان در ارتفاع سازه به صورت سهمی توزیع شده اند [۶]. ابعاد مقاطع تیر و ستون این قاب مطابق نقشه اجرایی CI11 ۴۰×۴۰، ارتفاع این قاب 111 ۹/۶۰ و ارتفاع هر یک از طبقات آن نیز ۳/۲۰ml می باشد. برای مدل سازی و انجام آنالیزها نیز از نرم افزار AnsyS استفاده گردیده است. المان مورد استفاده جهت مدل سازی، المان SOlid O5 می باشد که قابلیت در نظر گرفتن ترکهای کششی و خردشدگی در فشار را دارد. همچنین این المان دارای هشت گره می باشد که هر گره با سه درجه آزادی شامل انتقال در جهت X و Y و Z تعریف می شود.
با توجه به اینکه در این مقاله انفجار سطحی بررسی می شود و از آنجایی که در انفجار سطحی فاصله ماده منفجره تا سازه و وزن ماده منفجره اثر مستقیم برروی میزان بارگذاری انفجاری دارند لذا در این مقاله، پارامتر مقیاس Z G که از معادله (۲) با مشخص بودن فاصله انفجار تا سازه و همچنین میزان ماده منفجره به دست می آید، طبق جداول (۵) الی (۷) به عنوان پارامتر مطالعاتی انتخاب میشود.
حال با توجه به تحلیل های انجام شده، برای دو گره از سازه که یکی (گره ۲۱۲)، در محل اتصال تیر به ستون طبقه اول و دیگری (گره ۳۷۱) محل تقاطع تیر به ستون طبقه اول در دهانه انتهایی می باشد، مقادیر تنش و کرنش بوجود آمده در آنها در اثر
