28089

مطالعه ي عددي انفجار و روش هاي كاهش اثرات آن بر روي سازه هاي زيرزميني

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران- ژئوتكنيك

1397

1401/2/25

محمد حسن بازيار

عليرضا سعيدي عزيزكندي

دانشكده مهندسي عمران

انفجار تنها داراي كاربرد نظامي نبوده و مي تواند كاربرد هاي متنوعي در زمينه هاي عمراني نيز داشته باشد. تاثيرات نامطلوب انفجار، كه مي تواند ناشي از فعاليت هاي نظامي يا كاربردهاي عمراني باشد، را بايد در نظر گرفت. مطالعه ي اثرات بار هاي ناشي از انفجار بر روي سازه هاي زيرزميني و هم چنين استفاده از روش هايي به جهت كاهش اين اثرات، براي طراحي ايمن اين سازه ها، خصوصا از ديدگاه پدافند غير عامل حائز اهميت مي باشد. تحقيق حاضر به مطالعه ي عددي انفجار و روش هاي كاهش اثرات آن بر روي سازه هاي زيرزميني با استفاده از روش المان محدود پرداخته است. جهت مدل سازي و مش بندي هندسه ي مساله از نرم افزار ABAQUS استفاده شده است و براي تحليل مساله از حلگر هيدروكد توانمند LS-DYNA استفاده است. در ابتدا صحت سنجي مدل عددي ساخته شده با استفاده از شرايط ميدان آزاد و روابط آيين نامه و آزمايشات سانتريفيوژي موجود در ادبيات فني در حالت بدون مانع و با مانع انجام شده است و پس از حصول اطمينان از عملكرد صحيح مدل، پارامتر هاي موثر در مساله بررسي شده است. در تحقيق پيش رو از تركيب فرمولاسيون ALE و لاگرانژي و مدل سازي ماده ي منفجره در سطح خاك به صورت مستقيم و به كمك معادله ي حالت استفاده شده است. در اين تحقيق بر مبناي مدل عددي، اثر پارامترهايي هم چون وزن ماده منفجره، فاصله ماده منفجره از سازه زيرزميني، عمق مدفون، ضخامت جداره سازه، پارامتر هاي خاك، شكل مقطع سازه، شكل ژئوفوم، زاويه ژئوفوم، اثر استفاده از مانع با خاك درشت دانه و شيت پايل و ... بر روي پاسخ سازه ي زيرزميني مورد بررسي قرار گرفته است. وزن و فاصله ي ماده ي منفجره از سازه در تاثير انفجار بر سازه زيرزميني پارامتر هاي كليدي هستند. هم چنين جنس محيط و پارامتر هاي خاك بر روي پاسخ سازه اثر گذار خواهد بود، به گونه اي كه افزايش چسبندگي و مدول الاستيسيته خاك باعث افزايش استهلاك ميزان انرژي رسيده به سازه خواهد شد. در نتيجه با استفاده از شناخت اين پارامترها مي توان حاشيه امني براي سازه با استفاده از مصالح مناسب ايجاد كرد و يا با افزايش ضخامت، سختي سازه و يا تغيير شكل مقطع عملكرد بهتري را در سازه ايجاد كرد. استفاده از ترانشه ي پر شده از خاك درشت دانه به عنوان يك مانع ارزان قيمت مي تواند به طور مناسبي از رسيدن امواج انفجاري به سازه در مقايسه با ساير موانع محافظت كند. استفاده از ژئوفوم با سطح صاف تاثير بيشتري در انحراف امواج و كاهش اثرات نامطلوب انفجار داشته و ايجاد اندكي زاويه براي مانع نيز باعث بهبود عملكرد آن خواهد شد.

1402/01/09

numerical study of blast and its mitigation methods on underground structures

5/15/2023 12:00:00 AM

The explosion is not only military-available and can have a variety of applications in civil fields. The adverse effects of the explosion, which can be caused by military activities or construction applications, should be taken into account. Studying the effects of explosion loads on underground structures and using methods to reduce these effects is important for safe design of these structures, especially from the perspective of passive defense. The present study aimed to numerically investigate the explosion and its effects reduction methods on underground structures using finite element method. ABAQUS software is used to model and mesh the geometry of the problem and the powerful LS-DYNA hydrocad solution is used for problem analysis. At first, the validation of the numerical model made using free field conditions and the relationships of regulations and centrifuge tests available in technical literature has been done in an unobstructed and impedimental state and after ensuring the correct operation of the model, the effective parameters in the problem have been investigated. In the present study, the combination of ALE and Lagrangian formulations and modeling of explosives on the soil surface have been used directly using the state equation. In this research, based on numerical model, the effect of parameters such as explosive weight, distance of explosives from underground structure, buried depth, thickness of structure wall, soil parameters, structure cross section shape, geofoam shape, geofoam angle, effect of using barrier with coarse grain soil and sheet pile, etc. The response of the underground structure has been investigated. The weight and distance of explosives from the structure are key parameters in the impact of the explosion on the underground structure. Also, the material of the environment and soil parameters will affect the response of the structure, so that increasing the adhesion and modulus of soil elasticity will increase the depreciation of the amount of energy reached to the structure. As a result, by recognizing these parameters, a safe margin can be created for the structure using appropriate materials or by increasing the thickness, hardness of the structure or deformation of the cross section, better performance can be created in the structure. The use of coarse-grained trenches as an inexpensive barrier can properly protect the explosion waves from reaching the structure compared to other obstacles. The use of geofoam with smooth surface has a greater impact on wave deviation and reduces the adverse effects of explosion and creates a slight angle for the barrier and improves its performance.

بارگذاري انفجار , تحليل اجزاء محدود , سازه هاي زيرزميني , مطالعه عددي موانع موج , نرم افزار ال اس داينا

Blast Loading , fininte element analysis , underground structures , numerical study of wave barriers , LS-DYNA Software

Mohammad Delfan

Dr.Mohmmad Hassan Bazyar