بخشی از مقاله
خلاصه
در چند دهه ی اخیر مطالعات متعددی در زمینه بررسی رفتار سازه های مدفون در برابر بارهای ناشی از انفجارهای سطحی و پرتاب بمب ها صورت گرفته است؛ اما موضوع مهمی که در این مطالعات به آن توجه ی چندانی نشده است، نحوه شبیه سازی بارهای ناشی از پرتاب بمب ها می باشد؛ به عبارتی با وجود پدافندهای راداری و سامانه های سپر دفاعی، امکان حضور هواپیماهای نظامی بر روی سازه های هدف، بسیار مخاطره آمیز خواهد بود؛ بدین سبب هواپیماهای نظامی از حضور بر روی سازه هدف، بیشترین بهره را برده و همزمان چندین بمب را بر روی هدف از پیش تعیین شده رها می نمایند که این امر موجب بروز این واقعیت می گردد که یک سازه زیرزمینی همزمان تحت اثر چند انفجار قرار گیرند. بنابراین احتمال دارد که بمب ها در یک زمان منفجر شوند، با یک فاصله چند میلی ثانیه نسبت به یکدیگر منفجر شوند و یا موقعیت قرار گیری آنها متفاوت باشد.
حال با توجه به متغیرهای اشاره شده در این مطالعه با استفاده از روش اجزای به کمک نرم افزار Abaqus به تعیین پاسخ سازه های زیرزمینی تحت اثر انفجار های چند مرحله ای در نقاط مختلف پرداخته شده است. بدین منظور متغیرهای مورد بررسی، شامل نوع شبیه سازی بارگذاری انفجاری ناشی از پرتاب بمب ها - چند مرحله ای و همزمان - و موقعیت قرارگیری انفجار نسبت به سازه مدفون - اعمال بار انفجاری برروی سطح خاک و در مجاورت خاک بالای سازه مدفون - می باشند.
با توجه به نحوه تغییرات بیشینه تنش ایجاد شده در سازه های زیرزمینی مورد بررسی و همچنین با توجه به تغییر در الگوی اعمال بارهای انفجاری ناشی از پرتاب بمب ها به صورت مرحله ای و همزمان می توان به این نتیجه دست یافت که در حالت شبیه سازی پرتاب بمب ها به صورت چند مرحله ای، بیشینه تنش های ایجاد شده در سازه ی مدفون بمراتب بیشتر از مقادیر متناظر با حالت اعمال همزمان بار انفجار شده است.
این شرایط بخصوص در حالتی که بار انفجار دقیقا در بالای سطح خاک سازه زیرزمینی اعمال گردیده، بیشتر مشاهده شد. با توجه به اینموضوع و تفاوت نسبتاً قابل توجه بیشینه تنش های ایجاد شده در حالت های اعمال بار همزمان و اعمال بار چند مرحله ای، توصیه می شود که در تحلیل و طراحی سازه های زیرزمینی حساس، بارهای انفجاری سطحی ناشی از پرتاب بمب ها به صورت چند مرحله ای برروی سازه مدفون مورد نظر شبیه سازی شوند؛ زیرا در این حالت تنش های بیشتری در دیواره های سازه مدفون ایجاد می شود و بدین ترتیب قابلیت اطمینان سازه از جنبه داشتن مقاومت لازم و مقابله با بارهای انفجاری، بالاتر خواهد شد.
1. مقدمه
از آنجایی که امنیت، یک نعمت بی بدیل بوده و در همه ابعاد فردی، اجتماعی، سیاسی، فرهنگی، اقتصادی، قضایی و غیره از نیازهای اصلی فرد و جامعه بوده و گسترش این مهم نیز وظیفه آحاد ملت، حکومت ها و دولت هاست؛ بنابراین هیچ مکتب یا نظام حقوقی نمی تواند خود را نسبت به موضوع امنیت بی تفاوت قلمداد کند؛ زیرا امنیت گذشته از این که فی نفسه یکی از ضروری ترین نیازهای بشر است، بلکه عامل مهمی برای رشد و توسعه فرهنگی، اجتماعی، سیاسی، علمی و اقتصادی است.
علاوه بر این با افزایش حملات تروریستی در سراسر جهان و به ویژه منطقه مهم خاورمیانه و کشورهای همسایه ی ایران نظیر عراق، ترکیه، افغانستان و با توجه به سوابق موجود جنگ در ایران، ضرورت توجه به امنیت در ریزساختارهایجامعه خصوصاً بخش مهندسی حکومت ها، بعنوان فاکتوری بسیار مهم مورد توجه است - شکل. - 1 امروزه با گسترش عملیات تروریستی در سراسر جهان و به دلیل موقعیت ممتاز استراتژیکی ایران و برخورداری از منابع خدادادی سرشار، بررسی عملکرد سازه ها در برابر انفجار و آثار ناشی از آن از اهمیت به سزایی برخوردار است.
لذا شناخت و نحوه ی مقابله با بمب گذاری و انفجار بر مهندسان سازه و زلزله الزامی است و مقاوم سازی سازه ها در برابر انفجار، همچنان در حال توسعه ی روز افزون است. بی تردید مطالعات مربوط به طراحی ایمن سازه های زیرساخت کشور بخش مهمی از تمهیداتی است که باید آن را در حیطه وظایف بخش مهندسی یک کشور دانست؛ اما بخش مهمتر آن، ایمن سازی برخی از سازه های اساسی مانند انبارهای سلاح و مهمات و ساختمانهای نگهداری ماشین آلات جنگی، سیلوهای زیرزمینی پرتاب موشک و ... است که در دفاع از کشور در مواقع بحرانی مورد استفاده قرار گرفته و عدم آسیب پذیری آن جزو لاینفک حوزه دفاعی و امنیتی هر کشوری می باشد.
بنابراین مطالعه سازه های زیرزمینی در معرض انفجار بسیار ضروری بوده و در این مطالعه به آن پرداخته می شود. از جنبه های مجهول این مسئله می توان به عدم دسترسی به اطلاعات آماری درمورد تعداد این سازه ها و همچنین قدرت و تعداد انفجارهای همزمان و ناهمزمان، محتمل و ... اشاره نمود که با متغیر دانستن همین موارد ابعاد و حجم مطالعه را بیش از بیش آشکار می سازد. در این میان داشتن بینش رفتار سازه و خاک در ارتباط با یکدیگر - اندکنش خاک و سازه - می تواند قید و بندهای رفتار سازه را در پاسخ به بارهای انفجاری ممتد روشن تر ساخته و دید بهتری نسبت به رفتار سازه و پارامترهای موثر آن در دسترس بگذارد.
شکل -1 انفجار و آثار تخریبی ناشی از آن1 و2
با توجه به توضیحات ارائه شده، با وجود پدافندهای راداری و سامانه های سپر دفاعی موجود مانند اس 966 روسیه و پاتریوک ایالات متحده و همانند آنها امکان حضور هواپیماهای نظامی بر روی سازه های هدف بسیار مخاطره امیز خواهد بود؛ بدین سبب هواپیماهای نظامی از حضور بر روی سازه هدف بیشترین بهره را برده و همزمان چندین بمب را بر روی هدف از پیش تعیین شده رها می نمایند که این امر موجب بروز این واقعیت می گردد که یک سازه زیرزمینی همزمان تحت اثر چند انفجار قرار گیرد.
اکنون این احتمالات که :
-1 بمب ها در یک زمان منفجر شوند
-2 با یک بازه زمانی چند میلی ثانیه منفجر شوند
-3 موقعیت قرارگیری بمب ها نسبت به سازه در چه وضعیتی باشد و ...
مباحثی هستند که هر یک می بایست مدلسازی شوند و پاسخ های دینامیکی سازه زیرزمینی مورد ارزیابی قرار گیرند. لذا اندرکنش خاک و سازه می بایست مدلسازی شده و اثرات آن بر روی سازه ها مورد ارزیابی قرار گیرد. به نظر می رسد
در راستای انجام این تحقیق استفاده از نرم افزارهای تحلیل عددی بر پایه اجزاء محدود غیر قابل چشم پوشی بوده و با کمک این نرم افزارها، ابعاد و میزان تاثیر پارامترهای موثر در رفتار سازه را بهتر و بیشتر میتوان لمس کرد. به همین دلیل در مسیر پیشبرد مطالعه موضوع تحقیق، از نرم افزار Abaqus که بر مبنای تحلیل عددی به روش اجزاء محدود است، استفاده خواهد شد. بنابراین در این تحقیق سعی بر آن خواهد بود که با در نظر گرفتن مفروضاتی پاسخ یک سازه با مدل و ابعادی متعارف بررسی و مورد مطالعه قرار گیرد.
2. مروری بر سایر مطالعات
در مطالعه ای تحت عنوان "نحوه ی مدلسازی اثر انفجار بر سازه های زیرزمینی"، پس از توضیح اصول و قواعد مدل سازی فیزیکی با دستگاه سانتریفیوژ در ژئوتکنیک، کاربرد این اصول در مدل سازی انفجار شرح داده شد. در ادامه نحوه انجام آزمایش انفجار و تجهیزات مورد نیاز آزمایش تشریح شد. در انتها نتایج بارگذاری انفجار در یک دستگاه سانتریفیوژ به صورت تاریخچه زمانی شتاب، فشار و کرنش برای دو نقطه مختلف از سازه زیرزمینی که در عمق 5/6 متری سطح زمین قرار گرفت، ارائه شد. نتایج به دست آمده از این آزمایش انطباق خوبی با روابط موجود در آیین نامه ها و تحقیقات گذشته دارد.
از نتایج این مطالعه می توان برای درک بهتر اثر بارگذاری انفجار بر سازه های زیرزمینی و در صورت لزوم صحت سنجی نرم افزارهای عددی جهت مطالعات وسیع تر استفاده کرد .[1] در تحقیقی تحت عنوان " مروری برروش های تحلیل اندرکنش آب و سازه های دریایی ناشی از انفجار زیر آب "، مدلهای تحلیلی، تجربی و عددی بسیاری برای حل مساله اندرکنشی ناشی از انفجار زیر آب طبقه بندی و گردآوری شد.
فرمولاسیون روش های مطرح، آورده شد و با ارایه مثال هایی از هر روش، دقت و کارایی آن ها مورد ارزیابی قرار گرفت. روش های جدید نیز ارائه شد و نهایتا روش های مناسب از تحلیل مساله با شرایط مختلف ذکر گردید
با توجه به اهمیت انفجار برسازه ها مخصوصا سازه های استراتژیک درسالهای اخیر در این تحقیقی سعی شد تا مطالعات انجام شده موجود در این زمینه به صورت جامع مورد بررسی قرار بگیرد. هر چند که مطالعات انجام شده بسیار محدود و اندک است با این وجود سعی شده تا تمام تحلیلهای عددی و آزمایشگاهی انجام شده که اثر انفجار را برسازه ها سطحی و زیر زمینی بررسی کرده ارائه شوند
در تحقیقی تحت عنوان " ارزیابی پاسخ دینامیک غیر خطی سکوی دریایی شناور تطبیقی از نوع الوار لوله ای تحت اثر امواج ضربه ای زیر سطحی ناشی از انفجار زیر آب " به گسترش یک روش برای ارزیابی پاسخ گذرا از یک سکوی دریایی شناور تطبیقی نسل جدید از نوع الوار لوله ای تحت تاثیر امواج ضربه ای زیر سطحی حاصل از شبیه سازی انفجار زیر آب برای نواحی دور از ماده منفجره پرداخته شد. در این حالت برای مدل کردن سه بعدی سیال و سازه از روش المان محدود استفاده گردید. جهت حل مسائل پیچیده اندرکنش سیال - سازه از روش اندرکنش اویلری - لاکرانژی مبتنی بر سطح استفاده شد. مدل سازی سه بعدی سازه و سیال پیرامون آن با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شد.
آنالیز دینامیکی غیر خطی در حوزه زمان و به روش آنالیز دینامیکی غیر خطی صریح صورت گرفت. همچنین با معرفی شدت ضربه، تاریخچه زمانی جابجایی، سرعت و شتاب نسبت به بار ضربه ای ناشی از انفجار، به روی یک نوع سکوی الوار لوله ای واقعی بدست آمد. نتایج حاصل جهت مشخص کردن بیشترین تغییر شکل، پاسخ های قابل اطمینان و دقیق برای طراحی بهینه، طراحی کردن بدنه سکو، بالا بردن مقاومتش در برابر آسیب های ناشی از انفجار، کنترل این نوع از سازه ها، طراحی های جدید به روی این نوع از سکو جهت استقرار در آبهای دریای خزر در ایران و همچنین بهبود سازه های دریایی بسیار مفید و قابل استفاده برای صنعت دریایی کشور می باشد
در پژوهشی تحت عنوان " ارزیابی خسارات وارده بر سازه مدفون در انفجار زیر سطحی و مقایسه آن با انفجار سطحی " یک سازه بتن مسلح مدفون در عمق 4 متری خاک که قبلا تحت اثر انفجار سطحی قرار گرفته بود، تحت اثر انفجار مدفون با عمق 6 متر بررسی شد و نتایج آن مانند فشار و خسارات وارده با یکدیگر مقایسه شد. جهت این کار از نرم افزار AUTODTYN استفاده شده است
در مطالعه ای تحت عنوان " مقایسه روش های یک و چند درجه آزادی خطی برای تحلیل مخازن استوانه ای ضخیم در برابر انفجار زیر آب " به نحوه پیش بینی پاسخ حداکثر یک سازه در معرض بارهای ضربه ای، با استفاده از روابط ساده تحلیلی که برای سیستم های یک درجه آزادی خطی ارائه شده اند، پرداخته شد. با توجه به اینکه در این تحقیق مدت تداوم پالس انفجار زیر آب در مقایسه با دوره طبیعی سازه بسیار کوتاه است، می توان آن را یک بار ضربه ای محسوب کرد و پاسخ حداکثر سازه در برابر این بار را بدون انجام مستقیم آنالیز دینامیکی برآورد کرد.
با مدل سازی دیواره بتنی یک مخزن استوانه ای محتوی آب که به عنوان محفظه تست انفجار از آن استفاده شد، در نرم افزار SAP2000 و بارگذاری انفجاری آن به دو روش استاتیکی و دینامیکی و انجام آنالیزهای مربوطه، نتیجه های به دست آمده از هر دو روش یک درجه آزادی و چند درجه آزادی - اجزای محدود - با یکدیگر مقایسه شده و بدین ترتیب دقت روابط تحلیلی مبتنی بر روش یک درجه آزادی در برآورد پاسخ حداکثر دینامیکی سازه مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مشخص شد با توجه به اینکه در شرایط سازه ای و بارگذاری مورد بحث در این تحقیق، پاسخ سازه به طور عمده تابعی از ایمپالس - سطح زیر منحنی فشار- زمان - بار انفجاری است، استفاده از توابع بارگذاری انفجاری که مقدار ایمپالس را دقیق تر ارزیابی می کنند، مانند پالس مثلثی خطی حاصل از نتیجه آزمایش های انفجار، به نتیجه های دقیق تری برای پاسخ سازه منجر خواهد شد .
3. روند انجام مطالعه
با وجود پدافندهای راداری و سامانه های سپر دفاعی امکان حضور هواپیماهای نظامی بر روی سازه های هدف بسیار مخاطره امیز خواهد بود؛ بدین سبب هواپیماهای نظامی از حضور بر روی سازه هدف بیشترین بهره را برده و همزمان چندین بمب را بر روی هدف از پیش تعیین شده رها می نمایند که این امر موجب بروز این واقعیت میگردد که یک سازه زیرزمینی همزمان تحت اثر چند انفجار قرار گیرد. بنابراین احتمال دارد که بمب ها در یک زمان منفجر شوند، با یک فاصله چند میلی ثانیه نسبت به یکدیگر منفجر شوند و یا موقعیت قرار گیری آنها متفاوت باشد. حال با توجه به متغیرهای اشاره شده در این فصل با استفاده از روش اجزای به کمک نرم افزار Abaqus به تعیین پاسخ سازه های زیرزمینی تحت اثر انفجار های چند مرحله ای در نقاط مختلف پرداخته می شود. متغیرهای مورد بررسی نوع بارگذاری انفجاری و موقعیت قرارگیری انفجار نسبت به سازه مدفون باشد که در ادامه هر کدام جداگانه معرفی شده است.
