شبیه‌سازی عددی پانل‌های بتنی مسلح با الیاف، با عملکرد بالا، در برابر بارهای انفجار زیر آب

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار گروه عمران دانشگاه آیت اله العظمی بروجردی(ره)

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه آیت اله العظمی بروجردی(ره)

چکیده

انفجار زیر آب یکی از پدیده‌های مخرب سازه‌های دریایی و ساحلی می‌باشد بنابراین طراحی این گونه سازه‌ها در برابر بار انفجار از اهمیت بسزایی برخوردار است. از این رو پژوهش حاضر به بررسی و مقایسه عملکرد بتن‌های الیافی در مقابل بارگذاری انفجار در هوا و زیر آب پرداخته است. بدین منظور در این پژوهش یک بررسی عددی از عملکرد بتن‌های الیافی تحت بارگذاری انفجار با در نظر گرفتن اثر نرخ کرنش، انجام شده است. در این راستا از مدل‌های عددی برای انفجار در هوا به دو روش تابع انفجار کان‌وپ و روش لاگرانژی-اویلری دلخواه استفاده شد و سپس نتایج آن با نتایج داده‌ها از آزمون انفجار در مقیاس واقعی مقایسه شده است. همچنین برای انفجار زیر آب که از مدلسازی به روش لاگرانژی-اویلری دلخواه انجام شده از روش سیستم تک درجه آزادی جهت صحت سنجی استفاده گردیده است. نتایج جابجایی‌ پانل‌ها بدست آمده از پژوهش نشان دهنده اختلاف کمتر از 13/3 درصد بین روش‌های مدلسازی عددی کان‌وپ، لاگرانژی-اویلری، سیستم تک درجه آزادی و نتایج آزمایشگاهی است. علاوه بر این، نتایج بیانگر جابجایی بیشتر بتن‌های الیافی تا حدود 74 میلی متر و خسارت مخرب‌تر پانل بتنی برای انفجار زیر آب نسبت به انفجار در هوا و همچنین تاثیر مستقیم حجم میلگرد مصرفی نسبت به درصد الیاف می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] حشمتی م،  زمانی ج (1394) مطالعه عددی تاثیر پارامترهای هندسی تیوب شوک مخروطی انفجار زیر آب، بر عملکرد و بیشینه‌ فشار تولیدی به منظور اریه رابطه جرم معادل. مجله مهندسی مکانیک مدرس 328-321 :(7)16.

[2] زمانی ج، رفاهی اسکوئی ا (1388) تحلیل تجربی تأثیرات نرخ کرنش بر رفتار سازه‌های بتنی در بارگذاری حاصل از انفجار و معرفی یک مدل ریاضی جدید رفتاری بتن. مجله علمی و پژوهشی شریف 81-73 :48.

[3]Leppanen J ( 2004) Concrete structures subjected to fragment impacts-dynamic behaviour and material modelling [Ph.D thesis]. Sweden: Chalmers University of Technology.

[4] Nystrom U (2008) Concrete structures subjected to blast and fragment impacts. Licentiate thesis epartment of structural engineering, concrete structures, chalmers university of technology, Goteborg.

[5] Zhenguo T, Yong L (2010)  Modifications of RHT material model for improved numerical simulation of dynamic response of concrete. Int J Impact Eng 37: 1072-1082.

[6] Gebbeken N, Greulich S (2003) Behavior of steel fiber reinforced concrete building structures under contact detonation: Simulation model for steel fiber reinforced concrete. Final Report 2002 reports of the Chair for Structural Analysis, University of the Federal Armed Forces Munich.

[7] Lei M, Stephanie B (2014) Numerical simulation of ultra high performance fibre reinforced concrete panel subjected to blast loading. Int J Impact Eng 64: 91-100.

[8] Bhargava P, Sharma UK, Kaushik SK (2006) Compressive stress-strain behaviour of small scale steel fiber reinforced high strength concrete cylinders. J Adv Concr Technol 4(1): 109-21.

[9] Nicholas L, Michael J, Tait M, Wael W, El-Dakhakhni F, Waleed F (2016) response analysis of reinforced concrete block infill panels under blast. J Perform Constr Facil.

[10] Barnett SJ, Lataste JF, Parry T, Millard SG, Soutsos MN (2010) Assessment of fibre orientation in ultra high performance fibre reinforced concrete and its effect on flexural strength. Mater Struct 43(7): 1009-1023.

[11] Gupta A, Mendis P, Ngo T, Lumantarna R (2007) An investigation on the performance of structural components subjected to full-scale blast tests in Woomera, Australia. In: Performance, protection, and strengthening of structures under extreme loading. Whistler, Canada.

[12] Ngo T, Mendis P, Krauthammer T (2007) Behaviour of ultrahigh-strength prestressed concrete panels subjected to blast loading. J Struct Eng. 133(11): 1582-1590.

[13] Tu ZG, Lu Y (2009) Evaluation of typical concrete material models used in hydrocodes for high dynamic response simulations. Int J Impact Eng 36(1): 132-46.

[14] Malvar  LJ, Crawford JE, Morrill KB (2000) K&C concrete material model release III automated generation of material model input. K&C Technical Report TR-99-24-B1. Glendale, CA. Livermore Software Technology Corporation.

[15] Odeh AA (2008) Modelling and simulation of bogie impacts on concrete bridge rails using LS-DYNA. In: 10th International LS-DYNA users conference. Dearborn, Michigan, USA.

[16] Malvar LJ, Crawford JE, Wesevich JW, Simons D (1997) A plasticity concrete material model for DYNA3D. Int J Impact Eng 19(9-10): 847-873.

[17] Youcai Wu, John EC, Wesevich JW (2015) Numerical modeling of concrete using a partially associative plasticity model. J Eng Mech 141(12) 04015051.

[18] Magallanes JM, Wu Y, Malvar LJ, Crawford JE (2010) Recent developments to release III of the K&C concrete model. In: Proceedings of the 11th international LSDYNA user’s conference. Dearborn, MI.

[19] Hassan AMT, Jones SW, Mahmud GH (2012) Experimental test methods to determine the uniaxial tensile and compressive behaviour of ultra high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC). Constr Build Mater 37: 874-882.

[20] Wille K, El-Tawil S, Naaman AE (2014) Properties of strain hardening ultra high performance fiber reinforced concrete (UHP-FRC) under direct tensile loading. Cem Concr Compos 48, 53-66.

[21] Arowojolu O, Rahman MK, Hussain BM (2017) Dynamic response of reinforced concrete bridge piers subjected to combined axial and blast loading. Proceedings of the Structures Congress, Denver, Colorado, April 6–8.

[22] Livermore Software Technology Corporation (2006) LS-DYNA keyword user’s manual. California: Livermore Software Technology Corporation.

[23] Fordham S (1980) High explosives and propellants, Pergamon Press, Elmsford, NY, USA, 2nd edn.

[24] Hyde D (1988) User’s Guide for Microcomputer Programs ConWep and FUNPRO Applications of TM, Fundamentals of Protective Design for Conventional Weapons, US Army Engineers.

[25] Biggs JM (1964) Introduction to structural dynamics. McGraw-Hill, New York.

[26] Cole R (1948) Underwater Explosions. Princeton University Press, Princeton, N.J.

[27] Needham C (2010) Blast Waves. Springer, Berlin.