فصلناهم علم ی رتو یج ی پدا فند غی رعا م ل سال هش ت م ش ماره 3 پا یی ز 6331 )ایپ پ ی 36(: ص ص 3- تحلیل اثر بارگذاری انفجاری سطحی کناری در مدل عددی سهبعدی سازه زیرزمینی بتن مسلح با مدل مقاومتی RHT 2 *1 صفا پیمان محمدحسین تقوی پارسا تاريخ دريافت: 930/0/1 تاريخ پذيرش: 930//1 چكیده با توجه به روند ناامنی و افزايش حمالت تروريستی امروزه سازهه یا امن و زيرزمینی نقش مهمی در توسعه کشورها داشته و ازجمله شريانهای حیاتی در شهرهای مهم بهخصوص در مواقع بحرانی بهحساب میآيند. آيیننامهها و استانداردهای حاکم بر ساخت و يا شیوههای طراحی سازههای مقاوم در برابر انفجار بسیار نادر میباشند که اغلب به داليل طبقهبندیهای امنیتی فناوریهای نظامی مهندسان غیرنظامی به نتايج آزمايشات صحرايی انفجار روشهای طراحی و تکنیکهای ساخت پیشرفته محافظت از اماکن نظامی و سازههای امن و آيیننامههای حاکم بر آن دسترسی ندارند. از اينرو تنها راه برای درک پاسخ سازه روشهای حل تحلیلی و در سطح باالتر استفاده از نرمافزارهای شبیهسازی عددی میباشد. در اين مقاله از روش شبیهسازی عددی برای تحلیل و شبیهسازی اثر انفجار سطحی بر روی سازه زيرزمینی استفاده شده است. کلیه مراحل شبیهسازی با استفاده از هیدروکد توانمند AUTODYN انجام شده است. بهمنظور ارزيابی پاسخ سازه تحلیل يک شامل اثر وزن خرج انفجاری بر روی سازه مدفون انجام شده و با توجه به موج فشاری پیشرونده در خاک و معیار حداکثر سرعت ذرات حاصل از انفجار خرابی سازه بررسی میگردد. نتايج عددی نیز با روابط ارائهشده در منابع معتبر علمی و استاندارد ارتش آمريکا مقايسه شده است. کلیدواژهها: سازه مدفون های شوک زمینی انفجار سطحی شبیهسازی عددی اتوداين )ع( - مربی و عضو هیئت علمی دانشگاه جامع امام حسین -)speyman@ihu.ac.ir( )ع( - کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرايش سازه دانشگاه جامع امام حسین نويسنده مسئول
فصلنامه علمی ترویجی»پدافند غیرعامل«سال هشتم شماره 3 پاییز 1316 93 1- مقدمه با توجه به افزايش روند ناامنی در جهان بهويژهه منطقژه خاورمیانژه و نیز تهديدات کشور جمهوری اسالمی ايران توسط دشمنان متخاصژم پرداختن به مباحث مربوط به بارگذاری انفجاری سازهها از يک سژو و با توجه به رويکرد پدافند غیرعامل در زمینه انتقال سازههای حساس و مهم به زير سطح زمین از سويی ديگر تحلیل و طراحی سژازههژای مدفون از اهمیت بااليی برخوردار میباشد. از ايژنرو امژروزه بررسژی سازههای مدفون تحت بارگذاری انفجژاری يکژی از موعژوعات مژورد ب رر س ژی در ب ژی ن م هن د س ژی ن س ژ از ه م ک انی ژ ک خ ژ ا ک و مع ژ دن اسژت. سازههای مدفون از زيرمجموعههای سازههای امن بوده کژه انژواع آن نظیر پناهگاهها و تونلها و... حین حمالت نظامی و شرايط بحرانی از اهمیت بااليی برخوردار م یژ باشژند. هژد اصژلی يژک فضژای امژن افزايش امکان حفظ جان افراد و امکانژات و تجهیژزات مهژم در برابژر بحران است. اخیرا اثرات انواع انفجار محتمل بر اين نوع سازهها بژا روشهژای عددی و تجربی و براساس نتايج آزمايشگاهی توسعه و گسترش يافته است. ابعاد و اندازه حفره ايجادشژده در خژاک ناشژی از انفجژار تژابع عوامل خاصی ازجمله نوع و مشخصات خاک شکل انفجار جرم ماده منفجره مشخصات دينامیکی خاک و هوا و عمق انفجار اسژت. بژرای طراحی سازه با هد مقاومت در برابر آثار جنژ افزارهژای متعژار دستورالعملهای فنی بسیاری تهیه شده است. ارتژش ايژاالتمتحژده آمريکا از سال 78 میالدی مطالعات خود را بژر روی هژای شوک زمینی آغاز نمود که نتیجه اين مطالعات منجژر بژه آئژیننامژه دپارتمان مهندسین ارتش آمريکا )TM-8-1( گرديد ][ که يکی از پرکاربردترين راهنماهای طراحی سازه دربرابر آثار ناشژی از انفجژار است. از طر ديگر امروزه شبیهسازیهای عددی جايگزين آزمايشها در اين حوزه شده است و از دادههای آزمايشگاهی برای اعتبارسژنجی برنامههای رايانهای مختلف استفاده میشود. اغلب برنامههای عژددی برمبنای دستورالعملهای طراحی موجود نوشته شدهاند. مزيت شبیه سازیهای عددی اعمال بارگذاری دقیق بر سازه و نیز امکژان درنظژر گرفتن اندرکنش خاک و سازه مورد نظر میباشد. يژک شژبیهسژازی عددی از پديده انفجار که نتايج نزديک به واقعیت از اين پديده ارائژه دهد شامل سه مرحله زير میباشد: آغاز فرآيند انفجار و شکلگیری چاله انفجاری انتشار موج انفجار در محیط محاسبه پاسخهای سازه بهطورکلی فرآيند انفجار به دو صژورت جژداشژده و جژدا نشژده مدلسازی میشود. در مدل جداشده سه مرحله انفجار انتشژار و اثژر آن بر سازه بطور کامل در يک نرمافزار و در يک مرحله انجام میگیرد ولی در مدل جدا نشده هر يک از مراحل سهگانه بژهطژور مجژزا و يژا دوبهدو در يک نرمافزار انجام میگیرند. از اکثژر نژرمافزارهژای المژان محدود موجود میتوان برای حالت جژدانشژده اسژتفاده نمژود ولژی نرمافزارهايی که قابلیت مدلسازی حالت جداشده را دارا باشند بسیار کم بوده و میتوان گفژت بژه دو هیدروکژد توانمنژد AUTODYN و LS-DYNA محدود میشوند. وانتومی و بورگرس ][ در سال 3 برای مدلسازی موج انفجار ايجادشده در خاک از نرمافژزار اتژوداين استفاده کردند. بهعالوه آمبروزينی و آنسژیب ]9[ در سژال 8 از يک مدل سهبعدی در نرمافزار اتوداين برای محاسبه های فشار نهايی استفاده کردند و نتايج حاصل از مدلسازی عژددی را بژا فشژار نهايی بیشینه بهدستآمده از رابطه هنريچ مقايسه نمودند. در اين مقاله اثرات انفجار سژطحی کنژاری واقژع بژر يژک سژازه مدفون تحلیل و با مطالعه ی شامل اثژر وزن خژرج انفجژاری موج انفجاری پیشرونده در خاک سژرعت ذرات و هژمچنژین تغییژر مکان ديواره سازه و ايمنی پوشش داخلی تونژل برمبنژای معیارهژای تخريب بررسی میگردد. بهمنظور صحتسنجی نتايج عددی با روابط ارائهشژده در آيژیننامژه )TM-8-1( ارتژش آمريکژا و نیژز روابژط ارائهشده توسط آقايان اسمیت ]1[ و بانگاش ]0[ مقايسه شدهاند. 2- مدلسازی عددی AUTODYN يک برنامه حژل صژريح بژرای مژدلسژازی دينژامیکی غیرخطی جامدات مايعات و گازها با قابلیت درنظر گرفتن انژدرکنش میان محیطهای مختلف موجود در مژدل اسژت. از نقژاط قژوت ايژن برنامه داشتن حالت گرافیکی میباشد که کاربر بهراحتژی مژیتوانژد مراحل مدلسازی و روند حل مسئله را مشاهده نمايد. همچنین ايژن برنامه دارای مصژالح کتابخانژهای مژیباشژد کژه بسژیاری از مژواد و معادالت رفتاری آنها ازجمله معادله حالت مژدل مقژاومتی و مژدل شکست را شامل میشود. اين نرمافزار روشهای مختلفی برای حل مسائل دارد که دو نمونه 1 9 مهم برای حل محیطهای پیوسته حالت الگرانهين و اويلژرين مژی- 0 باشد. البته روشهای پیشرفتهتری مثل ALE و SPH 3 نیز وجود دارد که با توجه به نوع مسئله میتواند بهکار گرفته شود ]3[. در اين بخش مدل عددی سازه زيرزمینی با استفاده از هیدروکژد AUTODYN به منظور ارزيابی پاسخ سازه در خاک تحژت اثژر مژوج انفجار ناشی از يک انفجار سطحی که نسژبت بژه سژازه دارای فاصژله افقی و عمودی است معرفی میشود. 1- hydrocode 2- AUTODYN 3- Lagrangian - Eulerian - Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) 6- Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)
98 تحلیل اثر بارگذاری انفجاری سطحی کناری در مدل عددی سه بعدی... 1-2- مدل هندسی در اين مدل هندسی المانهای مورد بررسی شژامل خژرج انفجژاری خاک و سازه زيرزمینی است. نمای شماتیکی از مسئله در شژکل )( نشان داده شده است. مسئله بهصژورت سژهبعژدی و بژا ابعژاد اصژلی )Kg و ms m( مدلسازی شده است. سازه مژورد نظژر دارای سژطح مقطع مستطیلی با دهانه 1 m و ارتفاع 9 m با طول 0 m است. تحت شرايط بارگذاری بهصورت کناری فاصله خرج تا سازه برابر با مجژذور مجموع مربعات فواصل افقژی و عمژودی خژرج تژا سژازه مژورد نظژر بیانکننده فاصله خرج تا سازه است که در شکل )( با R نشژان داده شده است. فاصله خرج تا سازه مورد بررسی در اين مسئله برابر 0 m در نظر گرفتژه شژده اسژت. خژرج انفجژاری در فاصژله افقژی 1 m و عمودی 9 m نسبت به سازه در سطح زمین قرار گرفته است. عخامت کلیژ ه ديوارهژ ا در تمژ امی وجژ وه برابژ ر 0 cm بژ وده و هژمچنژین مسلحکنندههايی بهصورت صژفحاتی بژا عژخامت 80 mm در داخژل ديوار قرار داده شده است. طوریکه نسبت به سطوح داخلی و خارجی ديوار دارای فاصله cm باشند. در هیدروکژژد اتژژوداين المژژانبنژژدی ريزسژژاختارها بژژهصژژورت چهاروجهی و با قابلیت تراکم در نواحی همراه با تمرکژز تژنش انجژام میگیرد. با توجه به وزن خژرج و محژدوده چالژه انفجژاری بژا انجژام مطالعات عددی متعدد برای دسژتيژابی بژه المژانبنژدی مناسژب و جوابهايی با دقت بژاالتر محژدوده المژانبنژدی 0 cm تژا 30 cm انتخاب گرديژده اسژت. شژکل )( نمژايی از مژدل هندسژی سژازه و المانبندی انجام شده در اتوداين را نشان میدهد. مدل هندسی بهصورت نامتقارن و با ابعاد کلی m 3 m 1 m درنظر گرفتژه شژده اسژت. شژکل )9( نیژز نمژايی از مژدل کلژی در هیدروکد اتوداين با مشخصنمژودن مکژان قرارگیژری سژازه و خژرج انفجاری را نشان داده است. شکل )1(: نمای شماتیکی از مسئله شکل )2(: مدل هندسی سازه در هیدروکد AUTODYN شکل )3(: مدل کلی در هیدروکد AUTODYN و مکان قرارگیری سازه 2-2- معادالت رفتاری مواد و خرج انفجاری در اين بخش مدلهای رفتاری مواد برای هر يک از قسمتها معرفی میشود. مواد در اين مسژئله شژامل خژرج انفجژاری خژاک و سژازه میباشد که بژه تفکیژک همژراه مشخصژات و مژدلهژای رفتژاری در نرمافزار عددی معرفی میگردند. 1-2-2- مدلسازی خاک خاک مورد مطالعه از جنس ماسه متراکم با مشخصات آورده شده در جدول )( میباشد. برای مدلکردن خاک معادله حالت تراکم طابق رابطه )( استفاده شده است. در اين معادلژه حالژت کژه بژرای مژواد متخلخلی نظیر شن و ماسژه کژاربرد دارد و شژکل خاصژی از معادلژه حالت می-گرونیسن است ]8[. )( میباشد که جزئیات آن در مرجژع آورده شژده P C 2 ( ) 1- Compaction 2- Mie-Gruneisen
که در آن )C( سرعت صوت در مژاده متخلخژل و ( ) چگژالی فصلنامه علمی ترویجی «پدافند غیرعامل «سال هشتم شماره 1 بهار 1316 97 آن است. معادله حالت تراکم کنترل بیشتری روی بارگذاری و بژاربرداری مژواد متخلخل دارد و در آن سرعت صوت برحسب دانسیته تعريف میگردد. به کمک معادله حالت فوق در اتژوداين وابسژتگی سژرعت صژوت بژه چگالی ماسه به کمک ده نقطه )C, ρ( که ايجژاد رابطژه چندتکژهای میکند تعريف میشود. همچنین شژکل )1( معادلژه حالژت تژراکم برای ماسه براساس رابطه تکهای چندخطی بژین فشژار و چگژالی را نشان میدهد. براساس اين نمودار در بارگذاری و باربرداری االستیک رابطه فشار و چگالی بهصورت خطی نیست. اين موعوع نشاندهنژده آن است که سرعت صژوت در ماسژه تژابعی از چگژالی آن مژیباشژد. های معادله حالت خاک در جدول )( ذکر شده است. همچنین برای حژذ المژانهژای بسژیار اعوجژاجيافتژه از روش چگالی ( 3 )kg/m فشار )MPa( فرسايش ناگهانی نرمافزار استفاده شده است. جدول )2(: مشخصات های معادله حالت خاک در اتوداين ρ 1 /38 P 1 ρ 2 /81 P 2 1/3 ρ 3 /78 P 3 0 ρ P 3/0 ρ /1 P 03/8 ρ 6 /0 P 6 37/ ρ 7 /97 P 7 83/11 ρ 8 /17 P 8 73/11 ρ 9 /07 P 9 10/ ρ 10 /38 P 10 30/33 چگالی ( 3 )kg/m ρ 1 /38 ρ 2 /81 ρ 3 / ρ /1 ρ /9 ρ 6 /08 ρ 7 /3 ρ 8 /39 ρ 9 /31 ρ 10 /7 نوع عريب تضعیف جدول )1(: مشخصات خاک عريب پواسون ) r ( سرعت دانسیته مدول االستیسیته 2 E r ( N / m ) 3 لرزهای ) m ( kg / c (m/s) )n( سرعت صوت )m/ms( P 1 /3 P 2 /70 P 3 /8 P /78 P /3 P 6 /33 P 7 9/ P 8 1/3 P 9 1/39 P 10 1/39 3/0 7 31 187/37 /0 /0 Dense Sand جدول )2(: مشخصات های مدل مقاومتی خاک در اتوداين فشار )MPa( P 1 9/1 P 2 91/3 P 3 /9 P 71/31 P 0 P 6 P 7 P 8 P 9 P 10 تنش تسلیم )MPa( y1 y2 y3 y y y6 1/9 11/33 1/9 3 3 y7 y8 y9 y10 چگالی ( 3 )kg/m ρ 1 /38 ρ 2 /81 ρ 3 ½ ρ /1 ρ /9 ρ 6 /08 ρ 7 /3 ρ 8 /39 ρ 9 /31 ρ 10 /7 شکل )(: رابطه بین چگالی و فشار در معادله حالت تراکم برای ماسه ]8[ بهعنوان مدل مقاومتی از مدل )MO-Granular( اسژتفاده شژده است. اين مدل بسط مدل دراکر- پراگر میباشد بهنحژویکژه اثژرات مرتبط با مواد دانهای را درنظر میگیرد. در اين مدل اثر کار سژختی دانسیته سختی و مدول برشی متغیژر درنظژر گرفتژه مژیشژوند ]3[. مشخصات مدل مقاومتی مورد استفاده در جدول )9( آمده است. مدول برشی )m/ms( G 1 83/3 G 2 733/1 G 3 19/8 G 133/3 G 8833 G 6 17 G 7 308 G 8 9387 G 9 98918 G 10 98918 1- Drucker-Prager
93 تحلیل اثر بارگذاری انفجاری سطحی کناری در مدل عددی سه بعدی... 2-2-2- مدلسازی پوشش بتنی پوشژش بتنژی سژازه زيرزمینژی از نژوع Conc3 بژا معادلژه حالژت پی- آلفژا و مژدل مقژاومتی و شکسژت RHTConcrete در اتژوداين تعريف شده است. معادله حالت پی- آلفا دسژته ديگژری از معژادالت حالت تراکم میباشد. هرچند معادالت حالت تژراکم و تکژهای خطژی برای مواد متخلخل نظیر شن و ماسه در فشارهای کژم نتژايج خژوبی دارند ولی برای بررسی مدلهژا در تژنشهژای بژاال از معادلژه حالژت پی- آلفا که برحسب فشار و دمای مشخص استفاده میشود. در شکل )0( منحنی رفتار بتن در حالت پی- آلفا آورده شده است ]3[. باقیمانده برسند ]7[. شکل )6(: نمايش مدل مقاومتی ]7[ RHT-Concrete در جدولهای )0-1( مشخصات پوشش بتنی مدل آورده شده است. جدول )3(: های معادله حالت پی-آلفا برای پوشش بتنی )( شکل )(: منحنی رفتار بتن در حالت ]3[ p-alpha با توجه به رابطه )( در نرمافزار اتوداين رابطه بین تنش بژا کژرنش نرخ کرنش انرژی داخلی و خسارت را برای بتن با اسژتفاده از معیژار RHT ارائهشده توسژط رمللینژ ]7[ مشژتمل بژر سژختی فشژاری سختی کرنشی و نرخ آن و سه ثابت وابسته )محصول تنش اصژلی( و شاخص آسیب بیان میگردد. اين ثوابت وابسته نیز بژهصژورت سژطح شکست حد االستیک و مقاومت باقیمانده توصیف میشوند. B0,B1 (Mpa) A3 (Mpa) A2 (Mpa) A1 (Mpa) توان تراکم فشار تراکم (Mpa) فشار اولیه (Mpa) سرعت صوت (m/ms) چگالی مرجع )kg/m 3 ( چگالی تخلخل )kg/m 3 ( 91 80 /3 9/9 3 9 908 9307 31 / جدول )(: های مدل مقاومتی RHT-Concrete برای پوشش بتنی f (,,E,D) ij ij ij ft/fc fs/fc A N Q شکل )3( نمايشی از اين مدل و نمودارهای مختلف مربوط بژه رفتژار غیرخطی بتن شامل سطوح نرمشدگی و ترک سژطوح تغییژر شژکل االستیک و نیز سطح شکست ارائه میدهد. مطابق شکل تنش تسلیم در برابر فشار ارائه شده اسژت کژه در آن فشژار بژهصژورت میژانگین حاصل از سه تنش اصلی تعريف میگردد. هنگامی که عضو در معرض شکل پذيری مقاومت فشاری( Mpa ) مدول برشی( Mpa ) 38 90 / /7 /3 /3 /37 / يک فشار خطی )خط و ( باشد ابتدا کرنش همراه با تنش افزايش میيابد. اين وععیت بیانکننده رابطه االستیک بژین تژنش و کژرنش /8 Fe/fc /09 Fe/fc /3 B /3 M Ge/Gp بوده و شیب خطوط متناظر با مدول االستیسیته ادامه پیدا مژیکنژد تا به مرز حد االستیک برسد. مرحله بعدی فاز سژختشژدگی نامیژده میشود. در اين مرحله شیب خطوط بهکمژک پژارامتر مژدول برشژی االستیک و پالستیک تعیین میگردد و رفتار غیرخطی بهصورت يژک رفتار خطی تقريب زده میشود. سطح شکست در پايان همین مرحله قرار دارد. مرحله بعدی آغاز نرمشدگی اسژت. در مرحلژه نژرمشژدگی مقاومت و فشار روند کاهشی خواهند داشژت تژا بژه سژطح مقاومژت توان نرخ کرنش کششی /93 توان نرخ کرنش فشاری /9 کرنش نهايی / 1- p-alpha equation
فصلنامه علمی ترویجی «پدافند غیرعامل «سال هشتم شماره 1 بهار 1316 1 همانطورکه اشاره شد در اين مقاله از مدل مقاومتی فوق برای مدلسازی پوشش بتنی استفاده شده است که در ادامه به برخی مزايا و معايب آن اشاره میشود. مزايای آن عبارتند از: اين مدل بارهای وارد بر بتن را مدل میکند و برای بررسی پديدههايی ازجمله فشار و کرنش سختی نرخ کرنش سختی اثرات تخريب ترکهای نرمشدگی فشردگی حجمی و ثابت سوم وابستگی به کانالهای انرژی کششی و فشاری نیز کاربرد دارد. در اين مدل سطح مقاومت شکست غیروابستهای بهمنظور مدلسازی مناسب رفتار نرمشدگی بتن ارائه شده است. مقاومت کششی و فشاری بتن در اين مدل وابسته به نرخ آنها در نظر گرفته میشود. معايب آن عبارتند از: اين مدل اثر نرخ کرنش را بهصورت خطی درنظر میگیرد درحالیکه مطالعات صورتگرفته حاکی از آن میباشد که وابستگی مقاومت کششی و فشاری به نرخ کرنش بهصورت دوخطی است. خطی درنظر گرفتن رابطه بین لگاريتم عريب افزايش دينامیکی و لگاريتم نرخ کرنش توسط اين مدل سبب میشود که در نرخ نوع جدول )(: های معادله حالت و مقاومت مسلحکننده نرخ کرنش مرجع توان نرم شدگی ثابت نرخ کرنش توان سخت شدگی ثابت سختی تنش تسلیم (Mpa) مدول برشی (Mpa) چگالی مرجع )kg/m 3 ( مدول بالک (Mpa) 03 879 77 83 0 /3 /1 /9 STEEL30-2-2- مدلسازی خرج انفجاری برای مدلسازی مژاده منفجژره از خژرج انفجژاری از جژنس TNT بژا معادله حالت JWL استفاده شده است. معادله حالت جونز ويکنز- یل )JWL( بهصورت گسترده برای محاسژبه فشژار ناشژی از يژک انفجژار کامل در هیدروکدها و مدلسازیها بهکژار مژیرود ]3[. ايژن معادلژه حالت بهصورت رابطه (9( بیان میشود. های مدلسژازی مژاده منفجره در جدول )8( آمده است. 0 0 R1 R2 2 P A1 e B1 e E m 0 R1 0 R20 0 ) 9( 0 چگالی اولیژه در رابطه فوق,A,B R ثابت مصالح و 1, R2, w ماده منفجره و چگالی ناشی از محصوالت انفجار میباشد و نسژبت آنها برابر يک درنظر گرفته میشود. است. E m0 نیز انرژی اولیه ماده منفجره 9 عريب افزايش دينامیکی کمتر از 1 کرنشهای باالتر از s مقدار واقعی درنظر گرفته شود. در مورد رفتار پس از شکست تکمحوره و دومحوره بتن در اين جدول )6(: های مدلسازی ماده منفجره مدل ايراداتی توسط لو و لو ]3[ ارائهشده که برای اصالح آن کاهش سطح پس از شکست پیشنهاد گرديده است. در اين شبیهسازی اين اصالحات اعمال شده است. کرنش نهايی بهطور پیشفرض برای بتن / درنظر گرفته میشود درحالیکه مقدار آن در برابر بار انفجار /0 تا نوع چگالی مرجع انرژی واحد حجم فشار انفجار( Mpa ) سرعت انفجار A (Mpa) B (Mpa) R1 R2 w (m/ms) (MJ/m 3 ) )kg/m 3 ( 98988 9818/ 1/0 /3 /90 3/39 /9 39 TNT / است. در اين مقاله مقدار کرنش نهايی / پیشنهاد شده است ]3[. 3- روشهای تحلیل در اين مقاله عالوه بر روش عددی از گرا هژای تجربژی موجژود در آئیننامژه )TM-8-1( و نیژز روش تحلیلژی بژا اسژتفاده از روابژط موجود در منابع معتبر علمی که مورد تايید و استفاده ارتژش امريکژا 3-2-2- مدلسازی مسلحکنندهها برای مسلحکنندهها از فوالد نوع Steel30 با معادله حالت خطی و مدل مقاومتی جانسون-کوک با درنظر گرفتن شکست ناشی از کرنش پالستیک استفاده شده است ]3[. های مدلسازی مسلحکننده در جدول )3( آمده است.
1 تحلیل اثر بارگذاری انفجاری سطحی کناری در مدل عددی سه بعدی... نیز قرار گرفته است استفاده میشود. 1/3 در اين راستا طبق آئیننامژه ارتژش آمريکژا بژا توجژه بژه نژوع مشخصات خاک مورد مطالعژه ارائژهشژده در جژدول )7( مژیتژوان مقژ ادير حژداکثر سژرعت ذرات و فشژار انفجژار را برحسژب فاصژله R w مقیاسشده ( Z ) با توجه به شکلهای )7-8( تعیین نمود ][. جدول )7(: مشخصات خاک در آئیننامه )TM-8-1( برای محاسبه مقادير حداکثر فشار و سرعت ذرات ][ در روش تحلیلی برای تعیین مقادير حداکثر سرعت ذرات و فشار حاصل از انفجار از روابط )1-0( که توسژط اسژمیت و بانگژاش ارائژه شدهاند ]1-0[ استفاده میگردد. P Cu 0 n 2.2R 8.8 fc 1/3 u W ) عژريب جفژتشژدگی زمژین و مژاده )1( )0( شکل )7(: نمودار تعیین حداکثر سرعت ذرات در آئیننامه ][)TM-8-1( در رابطههای فژوق ( f c منفجره )میزان پیوستگی ماده منفجره با زمین( است که مقدار آن با استفاده از شکل )3( بهدست میآيد. W وزن ماده منفجژره برحسژب کیلوگرم R فاصله از محل انفجار برحسب متر C سرعت انتشار موج u انفجار بر مترمربع سرعت ذرهای بیشینه P 0 فشار در خاک برحسب کیلوگرم در فاصله R چگالی خاک و n عريب تضژعیف خژاک است که به نوع خاک وابسته است و مقدار آن بژا اسژتفاده از جژدول )3( بهدست میآيد. شکل )8(: نمودار تعیین حداکثر حداکثر فشار در آئیننامه )TM-8-1( شکل )1(: نمودار تعیین عريب جفتشدگی زمین با عمق نفوذ مقیاسشده در آئیننامه )TM-8-1( ][ ][
فصلنامه علمی ترویجی «پدافند غیرعامل «سال هشتم شماره 1 بهار 1316 1 جدول )8(: مقادير عريب تضعیف برای انواع مصالح ][ نوع خاک رس اشباع سیلت و رس تا حدودی اشباع ماسه بسیار متراکم ماسه متراکم ماسه ععیف ماسه بسیار ععیف عريب تضعیف توسط سنجههای قرار گرفته در وجوه مجاور با انفجژار از سژازه ثبژت گرديد. در شکل )( تغییر شکل سازه زيرزمینی تحت انفجار با وزن خرجهای مختلف نشان داده شده است. /0 /0 2/ /80 9/ 9/0 تژالشهژای زيژادی بژرای بررسژی خرابژی انجژام شژده اسژت و بهطورکلی تحلیلها براسژاس دو روش اصژلی تجربژی و شژبیهسژازی عددی توصیفپذيرند. معیار خرابی تجربی معمژوال براسژاس سژرعت اوج ذره از مشاهدات و اندازهگیریهژا بژهدسژت آمژده اسژت. بخژش مهندسی ارتش آمريکا چند آزمايش بزرگ انفجار در سالهای 317 تا 30 در نزديکی تونل بدون پوششژی در ماسژهسژن انجژام داد. براساس مشاهدات اين آزمايشهژا و مطالعژات جژامعی کژه صژورت پذيرفت خرابی برپايه PPV به چهار ناحیه دستهبندی شد کژه تنهژا گزارشی از آن در اختیار عموم مهندسان قرار گرفت. مطژابق جژدول )( در اين گزارش نواحی خرابی شامل چهژار بخژش گسژیختگی متناوب گسژیختگی محلژی گسژیختگی کلژی و بسژتهشژدن دهانژه تقسیمبندی شده است ][. جدول )1(: محدود معیار خرابی ][ PPV PPV(m/s) - 1 /3-/7 - تحلیل عددی نوع خرابی بسته شدن دهانه گسیختگی کلی گسیختگی موععی گسیختگی متناوب برای بررسژی عژددی سژه مژدل از سژازه زيرزمینژی تحژت اثژر وزن خرجهای انفجاری 0 0 و کیلژوگرمی از مژاده منفجژره TNT در اتوداين شبیهسازی گرديد. بالفاصله پژس از شژروع تحلیژل توسط نرم اف ز ار ب ژ ا گ ذ ش ژ ت ز م ژ ان ي ژ ک چ ا ل ژه انفج ژ ار ی در لب ژه م ژ د ل شبیهسازیشده به عمق /03 / و 9/ متژر و قطژر 9/ 9 و 9/0 متر به ترتیب بژرای وزن خژرجهژای 0 0 و کیلژوگرمی تشکیل میگردد که مراحل شکلگیری چاله انفجاری و کانتور فشژار سازه در حال آنالیز در شکل )( نشان داده شده است. همچنین بهمنظور بررسی مدل عژددی سژنجههژايی در تمژامی وجوه سازه قرار داده شد که در تمامی مدلسازیها بیشترين مقادير شکل )11(: تصوير مدل شبیهسازیشده و مراحل شکلگیری چاله انفجاری و کانتور فشار سازه در حال آنالیز شکل )11(: تغییر شکل سازه شبیهسازیشده پس از تحلیل عددی برای وزن خرجهای 0 0 و کیلوگرمی TNT
19 تحلیل اثر بارگذاری انفجاری سطحی کناری در مدل عددی سه بعدی... - نتایج تحلیل عددی نتايج کلیه محاسبات حداکثر فشار و سرعت ذرات برای هر سه مژدل مورد مطالعه به سه روش حل عددی و استفاده از گرا نیز روابط تحلیلی در جدول )( ذکر شده است. شماره مدل شبیهسازی شده های تجربی و جدول )11(: نتايج محاسبات عددی تجربی و تحلیلی برای سازه زيرزمینی تحت انفجار خرجهای 0 0 و کیلوگرمی از ماده منفجره TNT وزن خرج فاصله محل انفجار تا سازه عريب جفتشدگی حداکثر فشار PPV (m/s) P o)mpa( C (m/s) )f( Z R (m) W(kg) پیشبینی روش تحلیلی روش عددی پیشبینی TM-8-1 TM-8-1 روش تحلیلی روش عددی 9/0 8/0 0/ 9/97 3/31 /30 3/8 /73 9/17 1/87 / 1/08 3/79 3/99 8 0 7 03/90 093/7 031/90 /1 /7 /3 /0 0 Pressure (mpa) Velocity (m/s) 0 0 9 همچنین در اشکال )-( بهترتیب نمودارهايی جهژت مقايسژه نتايج حداکثر فشار و سرعت ذرات حاصل از جدول فوق ترسیم شژده است. شکل )11(: مقايسه نتايج حداکثر فشار به روش عددی تحلیلی و تجربی برای وزن خرج 0 0 و کیلوگرمی TNT شکل )12(: مقايسه )PPV( به روش عددی تحلیلی و تجربی برای خرج 0 0 و کیلوگرمی TNT 6- نتیجهگیری در اين مقاله اثرات انفجار سطحی که نسبت به يک سژازه زيرزمینژی دارای فاصژله افقژی و قژائم بژود بژا اسژتفاده از هیدروکژد توانمنژد AUTODYN تحلیل و بژا مطالعژه پژارامتری شژامل اثژر وزن شژارژ انفجاری توسژط مژدلهژای عژددی فشژار مژوج انفجژار در خژاک و همچنین سرعت ذرات حاصل بررسی و ايمنی پوشش ديژواره سژازه برمبنای معیار تخريب )PPV( ارتش آمريکا تعیین گرديد. همچنژین بهمنظور صحتسنجی نتايج عددی با گرا های تجربی ارائهشژده در آيیننامه )TM-8-1( ارتش آمريکژا و نیژز روابژط تحلیلژی آقايژان اسمیت و بانگاش مقايسه شد. از مجموع مباحث مطرحشده و با توجه به نتايج جدول )( و اشکال )-( میتوان نتژايج زيژر را بیژان نمود: با توجه به نتايج حاصل برای سازه زيرزمینی تحت بارگذاری انفجاری سطحی کناری روشهای عددی و تحلیلی با يکديگر تطابق خوبی دارند ولی )TM-8-1( نتايج حاصل از گرا های تجربی برای اين حالت از وقوع انفجار کمی محافظهکارانه بهدست آمد. علت اين امر نیز بهدلیل فرض وقوع انفجار کامل در ترسیم گرا های آئیننامه و عريب جفتشدگی يک میباشد درحالیکه در انفجار سطحی بخش زيادی از انرژی انفجار به محیط اطرا خرج منتقل شده و نیز عريب جفتشدگی در اين حالت برابر /1 در محاسبات عددی و تحلیلی در نظر گرفته میشود. 100 10 1 100 Explosive weigth (kg) 1000 بررسی تأثیر وزن خرج بر روی پاسخ سازه زيرزمینی با عمق دفن ثابت و تحت انفجار سطحی کناری نشان میدهد که با افزايش 100 10 1 100 1000 Explosive weigth (kg) آئین نامه TM-8-1 روش تحلیلی روش عددی - AUTODYN آئین نامه TM-8-1 روش تحلیلی روش عددی - AUTODYN
فصلنامه علمی ترویجی «پدافند غیرعامل «سال هشتم شماره 1 بهار 1316 11 9. T. Zhenguo and L. Yong, Evaluation of typical concrete material models used in hydrocodes for high dynamic response simulations, International Journal of Impact Engineering, vol. 36, pp. 132 16, 2009. 10. A. J. Hendron, Engineering of rock blasting on civil projects, Structural and Geometrical Echanics, A Valume Honoring NM Newmark Prentice Hall. In Hall: W.J. (ED.), New Jersey, 1977. وزن خرج انفجاری برای سازه مقادير حداکثر فشار روی سازه و نیز )PPV( در هر سه روش حل عددی و تجربی و تحلیلی افزايش میيابد. از میان سنجههیا نصبشده توسط سنجههايی که در وجه در روی سازه بیشترين مقادير مجاور انفجار قرار داشتند ثبت گرديد. بهعبارت ديگر در اين حالت وجهی از سازه که درراستای عمود بین خرج انفجاری و سازه قرار دارد بیشترين تأثیر را از انفجار دريافت مینمايد. با توجه به نتايج )PPV( مشاهده میشود که نتايج برای خرجهای 0 0 و کیلوگرمی حاصل از روشهای عددی و تحلیلی با يکديگر تطابق خوبی دارند ولی نتايج روش تجربی نسبت به دو روش ديگر در اين حالت بسیار محافظهکارانه است. با توجه به بررسی معیار خرابی بژرای وجژه مجژاور انفجژار مطژابق معیژژار )PPV( ارتژژش آمريکژژا در وزن خژژرجهژژای 0 و کیلوگرمی وجه مجاور دچار گسیختگی و خرابی کلی میشود ولی در مدل شبیهسازیشده فقط لبه بااليی وجه مجاور انفجار دچژار تغییژر شکل پالستیک شژده و در سژاير نقژاط فقژط تغییرشژکل االسژتیک مشاهده میگردد. لذا میتوان گفت معیژار مژذکور بژرای ايژن حالژت محافظهکارانه میباشد. عمنا مطابق با اين معیار برای وزن خرج 0 کیلوگرمی گسیختگی موععی بهدست آمد. 7- مراجع 1. TM-8-1, Fundamentals of Protective Design for Conventional Weapon, Washington, DC: Department of US Army Security Engineering, Nov. 1986. 2. J. B. W. Borgers and J. Vantomme, Towards a Parametric Model of a Planar Blast Wave Created with Detonating Cord, 2006. 3. D. Ambrosini and R. D. Anesib, Blast Load Assessment Using Hydrocods, vol. 2, no. 10, 2006.. P. D.Smith, J. G. Hetherington, Hetherington, and J. Hill, Blast and Ballistic Loading of Structures, Oxford OX2: Butterworth- Heinemann Ltd, Linacre House, 199.. M. Y. H. Bangash, Impact and Explosive Analysis and design, Press: C. R. C., 1993. 6. Autodyn, Theory Manual, Century Dynamics INS: Revision, 200. 7. B. Pandurangan, Development, Parameterization and Validation of Dynamic Material Models for Soil and Transparent Armor Glass, Ph.D. Thesis, Graduate School of Clemson Univ., 2009. 8. R. Rempling, Concrete Wall Subjected to Fragment Impacts, Numerical Analyses of Perforation and Scabbing, M. Sc. Thesis Dep t of Structural Eng. Concrete Structures, Chalmers Univ. of Tech., Goteborg, Sweden, 200.
Passive Defense Quarterly, Vol. 8, No. 3, Autumn 2017 Analysis of the Lateral Surface Blast Loading in 3- Dimensional Numerical Model of Reinforced Concrete Underground Structure with RHT Resistance Abstract S. Peyman *, M. H. Taghavi Parsa Due to the insecurity caused by terrorist attacks, nowadays assured and underground structures play an important role in the development of the country, and are considered as vital arteries in major cities, Especially in crises. The Regulations and standards of constructing or procedures designing of blast-resistant structures are very scarce. Because of security reasons of classified military technologies, civil engineers do not have access to the results of field experiments explosion and Design procedures and advanced construction techniques for protecting military sites and assured structures as well as its regulations. So the only way to understand the structural response is analytical methods and at a higher level using numerical simulations with software. In this paper, numerical simulation methods is used for the analysis and simulation of surface explosions on the underground structure. All the simulations and modeling presented are using AUTODYN hydro code. In order to evaluate the structure response, parametric analysis is used that includes the effect of the explosive charge weight on the buried structure. Owing to the progression of pressure wave in the soil and the standard of peak particle velocity of explosion, the Failure of structure are examined. In the end, the numerical results are compared to relations presented at the scientific source and the US Army Corps of Engineers Manual (TM-8-1).assets. Key Words: Underground Structure, Shock Ground Parameters, Surface Explosion, Numerical Simulation, AUTODYN * Imam Hussein Comprehensive University of Technology (speyman@ihu.ac.ir) - Writer-in-Charge