بخشی از مقاله
با توجه به توسعه روزافزون سازههای زیرزمینی و هزینههای فراوانی که برای ساخت هریک از این سازهها صرف میشود و همچنین اهمیت آنها در شبکه حملونقل بینشهری و داخلشهری و خطری که در صورت آسیبدیدگی آنها متوجه جان مردم میشود، تأسیسات زیرزمینی و تونلها که در نواحی که خطر انفجار آنها را تهدید میکند، هم باید در برابر بارهای استاتیکی و هم بارهای لرزهای و انفجار مقاومت کنند. در این پژوهش تحلیل عددی تاریخچه زمانی بر تونل با سطح مقطع دایرهای صورت گرفته و پارامترهای موثر بر رفتار تونلها بررسی شده است. موضوع بحث این مقاله فقط راجع به بار انفجار و تاثیرات آن بر روی تونل است. به منظور تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی از نرم افزار اجزاء محدود Abaqus/CAE 6.16 استفاده شده است. در این نرم افزار خاک و پوشش تونل به صورت دو بعدی و کرنش مسطح در سطح مقطع تونل مدلسازی شده اند. مراحل حفاری نیز به منظور در نظر گرفتن تنش های استاتیکی اولیه مدل شده است. پوشش تونل بلافاصله بعد از حفاری قرار داده میشود و ضخامت آن یکنواخت و ثابت است. مدل تونل در یک لایه خاک همگن بر روی سنگ بستر واقع شده است. تاثیرعواملی نظیر عمق دفن تونل، جنس خاک، سرعت امواج برشی مورد مقایسه و تحلیل قرار می گیرد. نتایج نشان میدهدکه نیروهای پوشش تونل ناشی از انفجار به عوامل مختلفی وابسته است. . به علت سختی بیشتر خاک ماسه ای نسبت به پوشش تونل، در خاک ماسه ای نیروی محوری دینامیکی بیشتری نسبت به خاک رسی ایجاد می شود و با افزایش سرعت موج برشی مقدار نیروی محوری افزایش می یابد همچنین نیروی محوری دینامیکی در حالت کم عمق به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از زمانی است که عمق دفن تونل زیاد می باشد.
تونلها فضاهای - سازههای - زیرزمینی هستند که به صورت گذرگاه برای ارتباط مستقیم دو نقطه بدون برداشتن خاک یا سنگ اضافی روی آن و بدون برهم زدن وضعیت سطح زمین احداث میشوند. تونلها ممکن است به صورت برداشتن و کنترل زمین از سطح نیز احداث شوند که در این مورد روشهای طراحی متفاوت بوده و اصول پیسازی بیشتر پیروی می-×شود. در سالهای اخیر به علت گسترش شبکه راهها و حملو نقل زیرزمینی که اکثر آنها در مناطق زلزلهخیز از مجاورت یا از میان گسلهای فعال عبور میکنند، مسئله طرح برای نیروهای زلزله و انفجار اهمیت بسزایی یافته است. از آنجا که فضاهای زیرزمینی مانند ایستگاههای مترو، راهآهن و تونلهای نیروگاههای برقآبی و پناهگاهها و ... از شریانهای حیاتی جامعه بهشمار میآیند، پایداری و قابل استفاده بودن این بناها در مواقع اضطراری مانند زمان انفجار و بعد از آن از ملزومات امروز محسوب میشود و در صورت تخریب این فضاها، اغلب امکان بازسازی ممکن نمیباشد. در ایران روش و آییننامه مشخصی در زمینه تحلیل و طراحی فضاهای زیرزمینی برای انفجار وجود ندارد. با توجه به پیچیدگی اندرکنش دینامیکی سازه با توده سنگ و خاک اطراف و سازههای مجاور، تحلیل و طراحی برای انفجار از ویژگیهای مهمی برخوردار است. پارامترهای مهم در تحلیل دینامیکی اندرکنش سنگ و سازه شامل موارد زیر میباشد: -1 مدل رفتاری و مشخصات توده سنگ، خاک و سازه -2 هندسه فضاهای زیرزمینی -3 موقعیت سازه نسبت به سطح زمین
-4 وجود لغزش نسبی بین محیط اطراف و سازه تونل
.2 بار انفجار
نوع ساختمانها از نظر رفتار در برابر آثار ناشی از انفجارها میتواند در کاهش و یا به حداقل رساندن آسیبها موثر باشد. ساختمانهای بتن مسلح به دلیل اینکه جرم، ظرفیت میراگری و جذب انرژی بیشتری در مقایسه با ساختمانهای فولادی دارند، در انفجارهای بزرگ میتوانند رفتار بهتری از خود نشان دهند، مزیت دیگر بتن اینست که به تنهایی نیز میتواند در برابر بارهای فشاری مقاومت نماید. از سوی دیگر کشش به وسیله میلگردها تحمل میشود در حالیکه در ساختمانهای فولادی، فولاد دارای ظرفیت یکسانی در کشش و فشار میباشد . موج انفجار در اثر افزایش سریع فشار هوا از نقطه اتمسفری به فشار اوج انفجار، حاصل میشود که به دنبال آن یک کاهش سریع در فشار اتمسفری فرعی و سپس افزایش تدریجی در فشار اتمسفری به وجود میآید. بنابراین موج انفجاری دارای دو فاز میباشد. ازدیاد سریع فشار که افزایش اتمسفری به دنبال دارد و به نام فاز مثبت و یا فاز فشاری و کاهش فشار به حد اتمسفری فرعی که یک بازگشت به حالت اتمسفری به دنبال دارد و به نام فاز منفی و یا فاز مکنده نامیده میشود. در یک فاصله مشخص از محل انفجار با گذشت زمانی اندک، فشار آن محل به طور ناگهانی بالا میرود تا اینکه به نقطه اوج خود برسد. بعد از آن، فشار رفته رفته میرا شده و به فشار محیط و حتی پایینتر از آن نزول میکند. در انفجار از قانونی به نام فاصله مقیاس بندی شده استفاده میشود، که برای پیدا کردن سایر پارامترها از این مقادیر استفاده میگردد. مقدار فشار و ضربه آزاد شده از انفجار بر روی سازه توسط فرمولهای تجربی قابل محاسبه است که تمامی این فرمولها بر اساس قانون فاصله مقیاسبندی شده بدست آمدهاند. پس از وقوع انفجار، حرارت و فشار هوا در مرکز آن به شدت افزایش یافته و موجب انبساط و انتشار گازهای داغ به اطراف میگردد.این پدیده موج انفجار را به وجود میآورد . این موج بهصورت کروی در فضا منتشر میشود. پوسته بیرونی حجم کروی در حال گسترش، جبهه موج نامیده میشود. با برخورد جبهه موج به هدف، ناگهان اضافه فشار مثبت به بزرگی به سطح جسم اعمال شده و به سرعت در مدت زمان مستهلک شده و به فشار اتمسفر باز میگردد. پس از آن افت فشار تا مقدار پایینتر از فشار اتمسفر ادامه یافته و در مدت زمان مجدداً به فشار اتمسفر میرسد. طی آزمایشهای متعدد و بررسی نتایج آنها، الگوی این تغییرات بهصورت دیاگرام فشار-زمان مطابق شکل 1 پیشنهاد شده و مورد استفاده قرار میگیرد.
×شکل :1 دیاگرام فشار-زمان بارگذاری موج انفجار[1]
×این دیاگرام را میتوان به کمک رابطه زیر نشان داد.
که در آن فشار در زمان t ، مدت زمان فاز مثبت ، فشار اتمسفر، حداکثر اضافه فشار مثبت و b ثابت عددی است که از نتایج آزمایشات قابل تعیین است.در عمل آنچه برای طراح اهمیت دارد فاز مثبت بارگذاری میباشد. چنانچه سازهای در این فاز دچار تخریب و آسیب شدید نشود، در طول فاز منفی احتمال تخریب آن بسیار اندک است. لذا در مدلسازی این پدیده معمولاً از بارگذاری مثلثی معادل ×سازی شده استفاده میشود که با رابطه زیر تعریف میشود: مجهولات این رابطه و میباشند. حداکثر اضافه فشار مثبت به عواملی همچون نوع و مقدار ماده منفجره و فاصله مرکز انفجار از هدف بستگی دارد. به منظور تجمیع این متغیرها پارامتری به نام فاصله مقیاس دار، به صورت قراردادی تعریف شده است که با حرف z مشخص شده و از رابطه زیر بدست میآید.
