گرایش زلزله

 

عنوان:

مطالعه عملکرد پل‌های بتنی با مقطع باکس پس‌کشیده تحت اثر بارهای ناشی از انفجار

 

 

استاد راهنما:

دکتر محمودرضا شیراوند

 

پائیز 1393

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

چکیده:

سازه‌ی پل‌ها تحت اثر بارگذاری‌های متنوعی قرار می‌گیرند و با در نظر داشتن اندازه خطرپذیری که برای آنها در نظر گرفته شده طراحی می شوند. بارگذاری انفجاری مانند بارهاییست که سلامت پل‌ها را تهدید می کند. ارزیابی اندازه خسارت و عملکرد پل‌ها تحت اثر این بارگذاری به علت اهمیت راهبردی آنها ضروریست. در این پایان نامه طی چهار فصل کوشش شده می باشد تا عملکرد پل‌های بتنی با مقطع باکس پیش‌تنیده تحت اثر بار انفجاری مورد مطالعه قرار گیرد. در فصل اول اظهار مسئله، ضرورت انجام این پژوهش و کلیاتی راجع به مسئله نوشته شده می باشد.
در فصل دوم پدیده انفجار، بارگذاری انفجاری و پارامترهای آن معرفی می شوند، سپس رفتار مواد در نرخ کرنش‌های بالا (بارهای ضربه‌ای) به صورت اجمالی اظهار می گردد. تاریخچه‌ی تحقیقات عددی و آزمایشگاهی انجام شده در زمینه اثر انفجار بر پل‌ها نیز در این فصل تبیین داده می گردد.
در فصل سوم پل مورد پژوهش و فنون مدل‌سازی آن در نرم‌افزارهای اجزاء محدود اظهار می گردد. روش پژوهش وسناریوهای انفجاری در این فصل تعریف می گردد. خصوصیات و چگونگی‌ی مدل‌سازی مصالح ارائه می گردد.
در فصل چهارم نتایج سناریوهای انفجاری ارائه و مورد بحث قرار می‌گیرند. نتایج بیانگر آن‌اند که پل تحت اثر سناریوهای مختلف انفجاری بسیار آسیب‌پذیر و امکان فروریزی آن زیاد می باشد. موج انفجاری پس از شکست دال عرشه به داخل باکس نفوذ می کند و تشدید می‌یابد. آرماتورها گسیخته شده و کابل‌های پیش‌تنیدگی در نواحی مهار انتهایی جاری می شوند، در ادامه به علت افزایش کرنش در کابل‌ها نیروی پیش‌تنیدگی موثر بر مقطع کاهش می‌یابد. این درحالیست که تنش در کابل‌ها بیش از حد جاری شدن استاتیکی ا‌ست، اما به علت اثر نرخ کرنش در نقاط خارج از ناحیه مهار انتهایی جاری و یا گسیخته نمی‌شوند.
 
 
 
 

فصل اول : کلیات.. 1
1-1-مقدمه.. 1
1-2-ضرورت مطالعه رفتار پل‌ها تحت اثر بار انفجاری.. 2
1-3-ساختار و اهداف پژوهش.. 4
فصل دوم : مروری بر ادبیات موضوع.. 5
2-1-مقدمه.. 5
2-2-معرفی انفجار.. 5
2-3- بارگذاری انفجاری.. 6
2-4- رفتار مصالح در نرخ کرنش بالا :.. 15
2-5- متد تحلیلی واکاوی سازه ها در برابر انفجار.. 21
2-6-پاسخ سیستم تک درجه آزادی به بار انفجاری.. 25
2-7- پاسخ پل به بار انفجاری:.. 28
2-8- پیشینه تحقیقات عددی.. 30
2-9-تحقیقات آزمایشگاهی.. 44
فصل سوم: روش پژوهش و تکنیک مدلسازی.. 59
3-1-مقدمه.. 59
3-2- معرفی و تحلیل و طراحی پل مورد پژوهش.. 59
3-3-مدل سازی در نرم افزار ANSYS. 66
فصل چهارم ارائه نتایج ، بحث و نتیجهگیری.. 89
4-1- انفجار در وسط دهانه میانی.. 89
4-2-انفجار بر روی عرشه در محل پایه.. 129
4-3–نتیجه گیری.. 168
منابع.. 170
 

 

 
 
 

فهرست اشکال

 
شکل ‏1‑1: فروریزش پل I-40. 3
شکل ‏1‑2 : پل خرمشهر در دوران دفاع مقدس.. 3
شکل ‏2‑1: منحنی اضافه فشار و فشار دینامیکی.. 7
شکل ‏2‑2: انفجار در هوای غیر محصور و نحوی تشکیل موج ماخ   8
شکل ‏2‑3: پارامترهای انفجار در هوای آزاد در سطح دریا   9
شکل ‏2‑4: بازتاب موج انفجار وارد شده به سازه.. 10
شکل ‏2‑5: محدوده‌ی نرخ کرنش در بارگذاری‌های مختلف.. 16
شکل ‏2‑6: نمودار تنش-کرنش یک نمونه بتن در دو حالت بارگذاری   16
شکل ‏2‑7 : نمودار تنش-کرنش یک نمونه فولاد در دو حالت بارگذاری   17
شکل ‏2‑8 : تغییرات ضریب افزایش مقاومت نسبت به نرخ کرنش برای بتن   18
شکل ‏2‑9: تغییرات ضریب افزایش مقاومت نسبت به نرخ کرنش بتن با مقاومت فشاری .. 18
شکل ‏2‑10: تغییرات ضریب افزایش مقاومت نسبت به نرخ کرنش فولاد با رده‌های مختلف.. 19
شکل ‏2‑11: فلوچارت متدهای تحلیل ممکن برای انفجار.. 22
شکل ‏2‑12: نمونه‌هایی از برنامه های کاپیوتری در زمینه شبیه سازی انفجار.. 24
شکل ‏2‑13: سیستم تک درجه آزادی تحت اثر بار انفجاری.. 25
شکل ‏2‑14: فنر غیرخطی ایده‌آل برای تحلیل سیستم تک درجه آزادی الاستو-پلاستیک.. 27
شکل ‏2‑15: پاسخ ماکزیمم الاستیک به پلاستیک سیستم تک درجه آزادی الاستو- پلاستیک.. 27
شکل ‏2‑16: انتشار امواج انفجار در زیر پل.. 28
شکل ‏2‑17: نمای پل.. 31
شکل ‏2‑18: مقاطع اعضای اصلی پل.. 31
شکل ‏2‑19: بارگذاری ترافیکی پل.. 32
شکل ‏2‑20: آسیب مقطع ستون پل تحت بار انفجاری.. 34
شکل ‏2‑21 : آسیب مقطع برج پل تحت بار انفجاری.. 35
شکل ‏2‑22: آسیب عرشه دهانه کناری پل تحت بار انفجاری.. 36
شکل ‏2‑23: آسیب عرشه دهانه وسطی پل تحت بار انفجاری.. 37
شکل ‏2‑24: فقدان مهار کابل به دلیل آسیب عرشه تحت بار انفجاری   38
شکل ‏2‑25: عملکرد پایلون فولادی خالی.. 40
شکل ‏2‑26: عملکرد پایلون کامپوزیتی بتن پر.. 40
شکل ‏2‑27: تغییرات اضافه فشار با فاصله از محل انفجار   41
شکل ‏2‑28: پلان قرارگیری 4 گیج نصب شده بر روی عرشه.. 41
شکل ‏2‑29: تغییرات سرعت موج انفجار در زمان برای 4 گیج   42
شکل ‏2‑30: مشخصات مقاطع مورد بهره گیری.. 45
شکل ‏2‑31: سایت و چگونگی‌ی انجام آزمایش.. 45
شکل ‏2‑32: نمونه ای از نمودار تاریخچه زمانی فشار و ضربه وارده به وسط ستون.. 46
شکل ‏2‑33: تفاوت بار انفجاری که فاصله مقیاس یکسان اما فاصله از محل انفجار متفاوت دارند.. 47
شکل ‏2‑34: مقایسه نتایج فشار وارده این آزمایش با نتایج ارتش آمریکا.. 47
شکل ‏2‑35: مقایسه نتایج ضربه وارده این آزمایش با نتایج ارتش آمریکا.. 48
شکل ‏2‑36: مقایسه ضربه خالص.. 49
شکل ‏2‑37: تفاوت بارگذاری در فاصله نزدیک و دور.. 50
شکل ‏2‑38: آزمایشات در فاصله کم.. 51
شکل ‏2‑39: superficial 51
شکل ‏2‑40: minor 52
شکل ‏2‑41: extensive. 52
شکل ‏2‑42: failure. 53
شکل ‏2‑43: اختصار آزمایشات در فاصله خیلی نزدیک.. 53
شکل ‏2‑44: Complete. 54
شکل ‏2‑45: partial 54
شکل ‏2‑46: cover spall 55
شکل ‏2‑47: مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی.. 56
شکل ‏3‑1: نمای پل مورد مطالعه در پایان‌نامه.. 60
شکل ‏3‑2: نمای مدل پل در نرم‌افزار SAP2000. 63
شکل ‏3‑3: انفجار در زیر پل در محل کوله‌ها.. 65
شکل ‏3‑4: حداکثر توان انفجار انواع خودروها.. 65
شکل ‏3‑5: تغییرات تنش تسلیم با تغییر فشار مدل دراکر-پراگر خطی   73
شکل ‏3‑6: تغییرات تنش تسلیم با تغییر فشار مدل دراکر-پراگر استاسی.. 73
شکل ‏3‑7: تغییرات تنش تسلیم با تغییر فشار مدل دراکر-پراگر استاسی.. 74
شکل ‏3‑8: تغییرات تنش تسلیم بتن نسبت به تغییرات فشار   76
شکل ‏3‑9: پارامتر R3 در فضای سه بعدی تنش.. 76
شکل ‏3‑10: سخت‌شوندگی کرنشی ( نمودار تنش-کرنش بتن).. 77
شکل ‏3‑11: مدل پل برای انفجار بر روی عرشه در محل پایه‌ها   81
شکل ‏3‑12: مش بندی عرشه.. 82
شکل ‏3‑13: مدل پل برای انفجار در وسط دهانه میانی.. 83
شکل ‏3‑14: مدل پل برای انفجار در محل پایه.. 84
شکل ‏4‑1: مقایسه پروفیل تولید شده توسط نرم افزار Autodyn و آئین‌نامه UFC.. 89
شکل ‏4‑2: پروفیل فشار-زمان در گیج‌های 4 الی 8.. 94
شکل ‏4‑3: پروفیل فشار-زمان گیج 4.. 95
شکل ‏4‑4: افزایش 2.67 برابری فشار موج انفجار در کنج باکس نسبت به فشار ورودی به باکس.. 96
شکل ‏4‑5: ناحیه خرابی در انفجار وسط پل.. 97
شکل ‏4‑6: چگونگی‌ی توزیع تنش طولی در دال بالایی عرشه.. 110
شکل ‏4‑7: ضربه وارده به بتن پل.. 111
شکل ‏4‑8: تغییرات سرعت قائم گیج 10 (روی دال پایینی عرشه در وسط دهانه).. 111
شکل ‏4‑9: تغییرات فشار در گیج 10 (روی دال پایینی در وسط دهانه)   112
شکل ‏4‑10: جابجایی قائم گیج 14 (روی جان عرشه در محل کوله‌ها)   113
شکل ‏4‑11: تغییرات سرعت قائم گیج 14 (روی جان عرشه در محل کوله‌ها).. 113
شکل ‏4‑12: نمایش محل‌های مطالعه تنش کابل.. 116
شکل ‏4‑13: محل‌های پارگی و تسلیم کابل.. 117
شکل ‏4‑14: محل گیج‌های نصب شده بر روی کابل‌ها و آرماتور   118
شکل ‏4‑15: کرنش موثر در کابل شماره 31 (گیج 18) در زیر محل انفجار.. 119
شکل ‏4‑16: تغییرات سرعت در گیج 18.. 120
شکل ‏4‑17: جابجایی قائم گیج 18.. 121
شکل ‏4‑18: تغییرات کرنش در گیج 19 (کابل 27 هیپراستاتیک)   121
شکل ‏4‑19: جابجایی قائم در گیج 19 (کابل 27 هیپراستاتیک)   122
شکل ‏4‑20: تغیییرات سرعت در گیج 19 (کابل 27 هیپراستاتیک)   123
شکل ‏4‑21: تنش محوری آرماتورهای زیر محل انفجار.. 124
شکل ‏4‑22: کرنش میلگردها.. 125
شکل ‏4‑23: تغییرات کرنش در گیج20 (آرماتور طولی در وسط دهانه)   126
شکل ‏4‑24: تغییرات سرعت در گیج 20 (آرماتور طولی در وسط دهانه)   127
شکل ‏4‑25: جابجایی قائم گیج 20 ( آرماتور طولی در وسط دهانه)   127
شکل ‏4‑26: پروفیل فشار-زمان در گیج‌های 3 الی 9.. 128
شکل ‏4‑27: پروفیل فشار-زمان گیج 7.. 129
شکل ‏4‑28: پروفیل فشار-زمان گیج 8.. 129
شکل ‏4‑29: تنش طولی دال بالایی عرشه.. 130
شکل ‏4‑30: ناحیه خرابی در انفجار وسط پل.. 136
شکل ‏4‑31: چگونگی‌ی توزیع تنش طولی در دال بالایی عرشه.. 149
شکل ‏4‑32: ضربه وارده به بتن پل.. 150
شکل ‏4‑33: تغییرات سرعت قائم گیج 10 (در محل کوله‌ها).. 150
شکل ‏4‑34: جابجایی قائم در گیج 11 ( بر روی دال در وسط دهانه اصلی).. 151
شکل ‏4‑35: جابجایی در جهت طول پل در گیج 12 تمام مدل‌ها ( پایین پایه در محل انفجار).. 151
شکل ‏4‑36: جابجایی در جهت عرض پل در گیج 12 تمام مدل‌ها   152
شکل ‏4‑37: جابجایی قائم در گیج 12 تمام مدل‌ها ( پایین پایه در محل انفجار).. 152
شکل ‏4‑38: کرنش موثر در گیج 12 تمام مدل‌ها ( پایین پایه در محل انفجار).. 153
شکل ‏4‑39: تغییرات سرعت در گیج 12 تمام مدل‌ها ( پایین پایه در محل انفجار).. 153
شکل ‏4‑40: جابجایی قائم گیج 10 (روی جان عرشه در محل کوله‌ها)   154
شکل ‏4‑41: تغییرات سرعت قائم گیج 10 (روی جان عرشه در محل کوله‌ها).. 155
شکل ‏4‑42: نمایش محل‌های مطالعه تنش کابل.. 156
شکل ‏4‑43: محل‌های پارگی و تسلیم کابل.. 157
شکل ‏4‑44: کرنش موثر در کابل شماره 23 (گیج 15).. 158
شکل ‏4‑45: تغییرات کرنش موثر در کابل 16 ( گیج 16).. 159
شکل ‏4‑46: جابجایی قائم گیج 11 (وسط دهانه اصلی).. 159
شکل ‏4‑47: جابجایی قائم در گیج 16 (کابل 16 ایزواستاتیک)   160
شکل ‏4‑48: تغیییرات سرعت در گیج 15 (کابل 23 ایزواستاتیک)   160
شکل ‏4‑49: تنش محوری آرماتورهای زیر محل انفجار.. 161
شکل ‏4‑50: کرنش میلگردها.. 162
شکل ‏4‑51: تغییرات کرنش در گیج17 (آرماتور طولی عرشه)   165
شکل ‏4‑52: تغییرات سرعت در گیج 17 (آرماتور طولی در عرشه)   165
شکل ‏4‑53: تغییرات کرنش در آرماتور عرضی جان (گیج 18)   166
شکل ‏4‑54: جابجایی قائم آرماتور عرضی جان (گیج 18).. 167
 
 
 
 
 

فصل اول : کلیات

1-1-مقدمه

بدون شک رویداد 11 سپتامبر سال 2001 یکی از بزرگترین حملات تروریستی بشر بوده می باشد. این واقعه نشانگر این می باشد که سازه‌ها همواره در معرض خطرات ناشی از انفجار قرار دارند. طی چند دهه گذشته حملات تروریستی فراوانی در سراسر دنیا به وقوع پیوسته می باشد که صدمات مالی و جانی بسیاری را بر جا گذاشته می باشد. نتیجه این رویداد، احساس نیاز بیشتر مهندسان برای طراحی سازه‌های مقاوم در برابر انفجار بوده می باشد. برای مثال درس‌های آموخته شده از بمب گذاری در اوکلاهاما[1] در سال 1995 و حمله به سفارت آمریکا در تانزانیا[2]و نیروبی[3] در سال 1998 آغازگر توسعه‌ آئین‌نامه‌های طراحی سازه‌ها در برابر انفجار می باشد. با گسترش عملیات‌های تروریستی، وقوع جنگ‌های مختلف، وقوع حوادثی که منجر به انفجار می شوند (انفجار خودروی حامل سوخت) باعث شده می باشد که نیاز به مطالعه و تعیین راه حل‌های مناسب برای جلوگیری از رسیدن آسیب‌های جدی به سازه های راهبردی و حیاتی بیش از پیش احساس گردد. پس از تولد تکنولوژی انفجار، آزمایشات و تحقیقات بسیاری توسط مهندسان و دانشمندان بر روی مصالح و بارهای انفجاری انجام شده می باشد. فولاد و بتن نیز به عنوان متداول‌ترین مصالح عمرانی به دلیل اهمیت و گستردگی بهره گیری در پروژه های عمرانی قسمت اعظم این تحقیقات و پژوهش‌های انفجاری را به خود اختصاص داده‌اند. تحقیقات قابل توجه کمی در زمینه اثر انفجار بر پل‌ها صورت گرفته می باشد، پس برای طراحی پل‌ها تحت اثر انفجار تحقیقات آزمایشگاهی و عددی و تحلیلی نیاز می باشد تا بتوان دانش کافی برای توسعه‌ی آئین‌نامه‌های طراحی پل‌ها در برابر انفجار را فراهم آورد.
بعد از رویداد 11 سپتامبر کوشش‌های بسیاری برای تمرکز بر روی امنیت سیستم حمل ونقل صورت گرفت. به طوری که چندید گروه تخصصی برای ارائه پیشنهادات و راه‌کارها برای جلوگیری از حملات تروریستی علیه پل‌ها گرد هم آمدند. یکی از اولین پروژه‌های تحقیقاتی در این زمینه در دپارتمان حمل ونقل تگزاس آمریکا کلید خورد. تمرکز این تحقیقات توسعه‌ی راه‌کارها برای بهبود عملکرد انواع پل‌ها در برابر حملات تروریستی بود. این تحقیقات به کمک روش‌های مبتنی بر مطالعات پارامتری با مدل‌های تحلیلی ساده انجام گردید[1]. اخیرا مهندسین ارتش آمریکا به مطالعه عملکرد برج‌های فلزی و بتنی پل‌ معلق و کابلی که تحت اثر بار انفجاری نزدیک قرار گرفته‌اند، پرداختند. بقیه تحقیقات بیشتر بر روی اعضای پل متمرکز بودند. برای مثال فوجیکورا[4] طی تحقیقات آزمایشگاهی اقدام به مطالعه عملکرد پایه‌های قابی شکل پل‌ها نمود. همچنین مهندسین ارتش آمریکا بر روی شاهتیرهای پیش تنیده نیز تحقیقات مشابهی انجام دادند. با اینکه تحقیقات فراوانی در این زمینه انجام شده می باشد اما این زمینه هنوز تازه می باشد[2].
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد: ارزیابی عملکرد لرزه ای قاب های خمشی فولادی از نظر شکل پذیری

1-2-ضرورت مطالعه رفتار پل‌ها تحت اثر بار انفجاری

حملات تروریستی که علیه برج‌های تجارت جهانی در 11 سپتامبر 2001 روی‌ داد، یکی از برجسته‌ترین حملات تروریستی می باشد که علیه سازه‌ها اتفاق افتاده می باشد. این واقعه‌ی تلخ هشداری به مسئولان و مهندسان برای توجه بیشتر به سازه‌هایی می باشد که امکان خرابی آنها توسط بارهای انفجاری می‌رود می باشد. چنانچه در مورد این موضوع بیشتر تفکر گردد، می‌توان به خطرپذیری سازه‌های راهبردی تحت بارگذاری انفجاری پی برد. سازه‌های حمل و نقلی مانند‌ی این سازه‌های راهبردی هستند. همانطور که گفته گردید در حوزه‌ی حمل و نقل نیز سیستم‌های حمل و نقلی در خطر خرابی ناشی از انفجار قرار دارند. اطلاعات جمع آوری شده توسط موسسه ترابری مینتا[5]حاکی از آن می باشد که حداقل 53 مورد حمله تروریستی در بین سال‌های 1998 تا 2006 برای انهدام پل‌ها در نقاط مختلف دنیا اتفاق افتاده می باشد[3]. از بین این تعداد حدود 60 درصد با بمب گذاری صورت گرفته می باشد. مشاهدات گذشته نشان داده‌اند که تروریست‌ها علاقه‌مند به حمله به پل‌های بزرگراهی هستند که در شهرهای صنعتی هست، علت این امر آن می باشد که با آسیب رساندن به این پل‌ها می‌توانند ضربه موثری به هدفشان وارد کنند. برای مثال حملات انتحاری و انفجار خودرو بر روی دو پل بزرگراهی در عراق که منجر به فرو ریزش آن‌ها گردید.
بغیر از حملات تروریستی، حوادثی که غیر عمد منجر به انفجار بر پل می گردد نیز مانند خطرات انفجاریست که پل‌ها را تهدید می کند. تصادف خودروها و انفجار آن‌ها که منجر به فرو ریزش پل وبر فال آی-40[6] گردید، مثالی از این نوع خطر می باشد. همچنین پل i-35 در مینسوتا[7] نیز به طریق مشابه فروریخت[4]. در 8 سال جنگ تحمیلی عراق علیه ایران نیز پل‌های پی-ام-پی که برای عبور نیروی انسانی و تجهیزات نظامی از روی رودخانه‌ها بهره گیری می‌شدند نشانگر اهمیت و تأثیر پررنگ پل‌ها در روزهای سخت جنگ می‌باشد، این پل‌ها در دوران دفاع مقدس همواره جزو اهداف اصلی نیروهای عراقی برای انهدام بوده‌ می باشد. با در نظر داشتن موردها گفته شده لزوم توجه بیشتر به پل‌ها و طراحی پل‌های مقاوم یا بهسازی پل‌های موجود در برابر بارهای انفجاری لازم است.
 
شکل 1-1: فروریزش پل I-40
شکل 1-2: پل خرمشهر در دوران دفاع مقدس
 

1-3-ساختار و اهداف پژوهش

طراحی و ساخت پل‌های بتنی با مقطع باکس پس‌کشیده توسعه بسیار زیادی پیداکرده می باشد. قطعات این‌گونه پل‌ها می‌توانند پیش‌ساخته باشند و سپس به کمک کابل، بطور پس‌کشیده به یکدیگر دوخته شوند. روش پیش‌ساختگی علاوه براین‌که امکان تولید بتن با مقاومت بسیار بالا را فراهم می کند، کرنش‌های جمع شدگی و خزش به مقدار زیادی کاهش می‌یابد. این نوع اجرا به دلیل حذف هرگونه چوب بست در زیر پل، برای ساخت پل‌های دره‌ای و پل‌های شهری که قطع ترافیک زیر پل امکانپذیر نیست، بسیار مناسب می باشد. محدوده‌ی دهانه اقتصادی برای این‌گونه پل‌ها 30 تا 120 متر می‌باشد، این در حالیست که طول دهانه اکثر پل‌ها نیز در همین بازه‌ قرار دارند. پس با در نظر داشتن اجرای زیاد این نوع پل‌ها، ضرورت مطالعه عملکرد پل‌های بتنی با مقطع باکس پس‌کشیده تحت اثر بارهای ناشی از انفجار نمایان می گردد.
پژوهش حاضر شامل 6 فصل می باشد. دراین پایان‌نامه آغاز پل باکسی پس‌کشیده با دهانه‌های 37+68+37 متری در نرم‌افزار Sap2000 مطابق آئین‌نامه‌های معتبر تحلیل و طراحی می گردد. سپس 8 مدل اجزاء محدود از این پل در نرم‌افزار ANSYS-AUTODYN مدل‌سازی می گردد. تفاوت این 8 مدل در محل قرارگیری ماده منفجره و چگونگی‌ی توزیع بار زنده روی پل می باشد. اهداف مورد نظر در این پژوهش به تبیین زیر می باشد.

  • ارزیابی اندازه خسارت وارده به پل، تحت موج انفجاری که به علت نفوذ به داخل باکس عرشه تشدید شده می باشد.
  • نظاره و پیگیری چگونگی‌ی توزیع تنش در اجزای پل
  • تاثیر چگونگی‌ی توزیع بارترافیکی در آسیب پذیری پل

 
 
 
 
 
 

1         فصل دوم : مروری بر ادبیات موضوع

2-1-مقدمه

تکنیک‌های پیش‌گویی انفجار اغلب به روش‌های تعیین بار انفجاری و تعیین پاسخ تقسیم می شوند. هر کدام از این دسته بندی‌ها خود به خود می‌توانند به دو گروه اصلی و تجربی تقسیم شوند. گروه اصلی به کمک قوانین فیزیک شروع به پیشگویی انفجار می‌کنند، این در حال می باشد که گروه تجربی به کمک آزمایشات این هدف را دنبال می‌کنند.
برای انتشار امواج انفجار به صورت واقعی لازم می باشد شرایط اتمسفری، اثرات مرزی، مواد منفجره و پارامترهای زیاد دیگری را در نظر گرفت که این کار دشواری می باشد. همچنین تغییرات فشار انفجار به دلیل تغییر شکل‌های بزرگ سازه و آسیب‌های موضعی، بایستی در محاسبات لحاظ گردد. به دلیل رفتار غیرخطی سازه تحت بار انفجار بایستی نتایج تحلیل‌های عددی توسط نتایج آزمایشگاهی تایید شوند. پس تحقیقات صورت گرفته در این زمینه به دو دسته تحلیل عددی و کارهای آزمایشگاهی تقسیم می شوند. در این فصل آغاز به پدیده انفجار به همراه روابط ارائه شده برای محاسبه بار انفجاری معرفی می گردد و پس از آن به رفتار مصالح در نرخ کرنش بار انفجاری تصریح‌ای می گردد. در انتهای فصل نیز پیشینه تحقیقات عددی و آزمایشگاهی صورت گرفته، ارائه می گردد.
 

2-2-معرفی انفجار

انفجار، آزاد شدن بسیار سریع انرژی به صورت نور، گرما، صدا و موج ضربه‌ای می‌باشد. موج ضربه ای شامل هوای بسیار متراکمی‌می‌باشد که به صورت شعاعی (کروی) از منبع انفجار به سمت خارج با سرعت مافوق صوت در حرکت می باشد. با گسترش موج ضربه‌ای، مقدار فشار به سرعت کاهش می‌یابد (متناسب با توان سوم فاصله) پس از برخورد به یک سطح، منعکس شده و مقدار آن ممکن می باشد تا سیزده برابر افزایش یابد[5]. مقدار ضریب انعکاس تابع نزدیکی ماده منفجره و زاویه موج برخوردی می‌باشد فشار همچنین با گذشت زمان به سرعت کاسته می گردد (به صورت نمایی) در بارگذاری انفجاری زمان اعمال بار، بسیار کوتاه می‌باشد و معمولاً بر حسب هزارم ثانیه میلی ثانیه اظهار می گردد. در انتها پدیده انفجار، موج ضربه ای منفی ایجاد می گردد که مکش ایجاد می کند و درجایی که خلأ ایجاد شده باشد، یک باد قوی یا نیروی کششی بر سطوح ساختمان وارد می گردد. این باد، آثار مخروبه به جا مانده از انفجار را بر می‌چیند و سبب جابجایی آن‌ها می گردد. فاز منفی کوچک و تدریجی بوده، به طوری که در طراحی سازه های مقاوم در برابر انفجار در اکثر مواقع از آن صرف نظر می گردد. سه اثر اصلی که در واکاوی سازه تحت اثر بار انفجار خیلی مهم هستند، عبارت‌اند می باشد از :

  1. کل ضربه
  2. فشار حداکثر موج انفجار
  3. پرتاب اجسام (سرعت، جرم، توزیع)

 
دو مورد اول با علم به نوع مواد منفجره و وزن و شکل مواد منفجره و در نهایت فاصله انفجار تا هدف قابل محاسبه‌اند، اما پرتاب اجسام و آوار قابل بدست آوردن نیست و کاملاً طبیعی اتفاق می‌افتد. مورد آخر از آن جهت اهمیت دارد که موجب برخورد با بشر شده و آسیب می‌زند. در ادامه از مطالعه گزینه سوم صرف نظر می‌کنیم[6].
 

2-3- بارگذاری انفجاری

اضافه فشار، فشاریست که به علت انفجار به فشار محیط اضافه می گردد. هنگامی‌که اضافه فشار ناشی از انفجار در حال کاهش به سمت صفر می باشد درست در لحظه‌ای که وارد فاز منفی می گردد فشار به یکباره کمی‌افزایش می‌یابد، این به دلیل می باشد که موج قوی از سمت انفجار می‌رسد که فشار را افزایش می‌دهد. با برگشت موج ضعیف شده به سمت انفجار از فشار کاسته شده و دوباره به سمت صفر پیش می‌رود، دوباره با رسیدن موج از سمت انفجار به گونه ناگهانی فشار کمی‌افزایش می‌یابد اما این بار کمتر از مرحله قبل. به نمودار تغییرات فشار در این پروسه که ذکر گردید نمودار فشار دینامیکی گویند .فشار دینامیکی همواره مثبت باقی می‌ماند، زیرا ماهیت انرژی جنبشی دارد و از توان دوم سرعت باد بدست می‌آید.
شکل 2-1 تغییرات اضافه فشار و فشار دینامیکی در زمان را نشان می‌دهد. نمودار تاریخچه زمانی فشار رسم شده در زیر برای نقاطی که به محل انفجار نزدیک نیستند صادق می باشد. مقادیر نمودار تاریخچه زمانی فشار به اندازه مواد منفجره و موقعیت آن بستگی دارد. برای مثال حداکثر فشار با افزایش فاصله کاهش می‌یابد و زمان فاز مثبت با افزایش فاصله از محل انفجار افزایش می‌یابد. اما ضربه هر دو این موردها برابر می باشد. از همین نتیجه بهره گیری می گردد تا قانون مقیاس که توسط هاپکینگسون[8]مطرح گردید به وجود آید. این قانون اظهار می کند که مواد منفجره با وزن‌های متفاوت و فواصل مختلف می‌توانند اثر یکسانی داشته باشند به شرطی که فاصله مقیاس آن‌ها برابر باشد.
 
(2-1)
در ارتباط (2-1) Z فاصله مقیاس و R فاصله از محل انفجار به متر می باشد. W وزن معادل ماده منفجره به TNT به کیلوگرم می‌باشد. چندین روش برای اظهار وزن TNT معادل هست، اما ساده‌ترین آن‌ها به صورت نسبت انرژی ویژه جرمی‌مواد منفجره واقعی به انرژی ویژه جرمی‌TNT می‌باشد. انرژی ویژه جرمی TNT برابر ۶۷۰۰ کیلوژول بر کیلوگرم می‌باشد[7].
شکل 2-1: منحنی اضافه فشار و فشار دینامیکی[8]
جبهه موج در مسیر خود ممکن می باشد به سطحی برخورد کند و موج انفجار بازتاب گردد، موج بازتاب شده با سرعت بیشتری نسبت به موج اولیه (موج برخوردی) حرکت می کند، این به آن علت می باشد که موج برخوردی پس از اصابت به سطح فشرده تر شده و داغ‌تر می گردد در نتیجه می‌توان گفت انرژی‌اش بیشتر شده و این انرژی به صورت انرژی جنبشی به محیط باز می گردد، در نتیجه موج بازتاب شده سرعت بیشتری نسبت به موج برخوردی داشته باشد[5]. موج بازتاب شده پتانسیل آن را دارد که با موج برخوردی یکی گردد و موجی به نام موج ماخ را بسازند. این موج جدید فشار حداکثر بیشتری نسبت به دو موج برخوردی و موج بازتاب شده دارد.شکل 2-2 این فرایند را نشان می‌دهد.
 
شکل 2-2: انفجار در هوای غیر محصور و نحوی تشکیل موج ماخ [9]
 
فشار حداکثر، تابع اندازه مواد منفجره و توان سوم فاصله می باشد برای یک خطر انفجاری که بر حسب وزن ماده منفجره و فاصله اظهار می گردد، فشار حداکثر برخوردی و انعکاس یافته موج ضربه‌ای و سایر پارامترها مثل مقدار ضربه برخوردی و انعکاس یافته، سرعت ضربه و زمان رسیدن موج را می‌توان از چارت‌هایی که توسط ارتش آمریکا تهیه شده می باشد استخراج نمود (این نمودارها به نمودار اسپاگتی نیز مرسوم‌اند). شکل 2-3 یک نمونه از این نمودارها را برای انفجار در فضای باز نشان می‌دهد.
 
 
شکل 2-3: پارامترهای انفجار در هوای آزاد در سطح دریا[10]
 
حرکت موج انفجار در محیط سیال یک پروسه غیرخطی می باشد و اندرکنش موج با سازه یک مسئله پیچیده می‌باشد. پس از اصابت موج انفجار به سازه فشار و ضربه وارده تشدید می گردد. مقدار تشدید رخ داده وابستگی زیادی به حداکثر اضافه فشار موج انفجار برخوردی و جهت‌گیری سازه پیش روی موج انفجار دارد. Error! Reference source not found. بازتاب موج انفجار برخورد کرده به سازه را نشان می‌دهد. همچنین اثر تسطیح[9] باعث کاهش فشار بازتابی در نواحی گوشه سازه می گردد. هنگامی که این اثر رخ می‌دهد، فشار بازتابی به دنبال افت و تسکین به سمت گوشه‌ها پیش می‌رود. همان گونه که از شکل پیداست فشار در نقطه B به دلیل نزدیک بودن به لبه‌ها سریع‌تر از نقطه A پراکنده می گردد. زمان لازم برای نقطه مورد نظر تا تحت اثر تسطیح در لبه‌ها پراکنده گردد طبق ارتباط (2-2) محاسبه می گردد[9].
 
(2-2)
 
که در آن tc ‌زمان بر حسب ثانیه، Sx فاصله از نزدیک‌ترین لبه بر حسب متر وUs سرعت موج انفجار بر حسب متر بر ثانیه می باشد.
 
شکل 2-4: بازتاب موج انفجار وارد شده به سازه
 
پارامترهای جبهه موج انفجار از اهمیت ویژه‌ای برخورداراند. رانکین[10]حل تحلیلی این پارامترها‌ را برای توصیف شوک‌ انفجار آغاز برای گاز ایده‌آل اظهار‌کردند. این معادلات برای سرعت جبهه موج انفجار Us و ماکزیمم فشار دینامیکی qS به صورت زیر اظهار می گردد[11].
 
[1] -Oklahoma
[2] -Tanzania
[3] -Nairobi
[4] -Fujikura
[5] – Mineta
[6] – Weber fall I-40
[7] – Minnesota
[8] -Hopkingson
[9] -Clearing
[10] -Rankin
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
تعداد صفحه :198

قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

دسته‌ها: عمران