پایان نامه :بررسی عملکرد پل‌های بتنی با مقطع باکس پس‌کشیده تحت اثر بارهای ناشی از انفجار

دانلود متن کامل پایان نامه درجه کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش زلزله

با عنوان:بررسی عملکرد پل‌های بتنی با مقطع باکس پس‌کشیده تحت اثر بارهای ناشی از انفجار

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته عمران

گرایش زلزله

 

عنوان:

بررسی 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 توجه به میزان خطرپذیری که برای آنها در نظر گرفته شده طراحی می‌شوند. بارگذاری انفجاری از جمله بارهاییست که سلامت پل‌ها را تهدید می‌کند. ارزیابی میزان خسارت و عملکرد پل‌ها تحت اثر این بارگذاری به علت اهمیت راهبردی آنها ضروریست. در این پایان نامه طی چهار فصل سعی شده است تا عملکرد پل‌های بتنی با مقطع باکس پیش‌تنیده تحت اثر بار انفجاری مورد بررسی قرار گیرد. در فصل اول بیان مسئله، ضرورت انجام این تحقیق و کلیاتی راجع به مسئله نوشته شده است.

در فصل دوم پدیده انفجار، بارگذاری انفجاری و پارامترهای آن معرفی می‌شوند، سپس رفتار مواد در نرخ کرنش‌های بالا (بارهای ضربه‌ای) به صورت اجمالی بیان می‌شود. تاریخچه‌ی تحقیقات عددی و آزمایشگاهی انجام شده در زمینه اثر انفجار بر پل‌ها نیز در این فصل توضیح داده می‌شود.

در فصل سوم پل مورد تحقیق و فنون مدل‌سازی آن در نرم‌افزارهای اجزاء محدود بیان می‌شود. روش تحقیق وسناریوهای انفجاری در این فصل تعریف می‌شود. خصوصیات و نحوه‌ی مدل‌سازی مصالح ارائه می‌گردد.

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 است. موج انفجاری پس از شکست دال عرشه به داخل باکس نفوذ می‌کند و تشدید می‌یابد. آرماتورها گسیخته شده و کابل‌های پیش‌تنیدگی در نواحی مهار انتهایی جاری می‌شوند، 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، ولی 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 بررسی رفتار پل‌ها تحت اثر بار انفجاری.. 2

1-3-ساختار و اهداف تحقیق.. 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 آنالیز 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 تحقیق و تکنیک مدلسازی.. 59

3-1-مقدمه.. 59

3-2- معرفی و تحلیل و طراحی پل مورد تحقیق.. 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 استفاده.. 45

شکل ‏2‑31: سایت و نحوه‌ی 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 ولی 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: خلاصه 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: نحوه‌ی 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 بررسی 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: نحوه‌ی 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 بررسی 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 است. این واقعه نشانگر این است که سازه‌ها همواره در معرض خطرات ناشی از انفجار قرار دارند. طی چند دهه گذشته حملات تروریستی فراوانی در سراسر دنیا به وقوع پیوسته است که صدمات مالی و جانی بسیاری را بر جا گذاشته است. نتیجه این رویداد، احساس نیاز بیشتر مهندسان برای طراحی سازه‌های مقاوم در برابر انفجار بوده است. 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 است. با گسترش عملیات‌های تروریستی، وقوع جنگ‌های مختلف، وقوع حوادثی که منجر به انفجار می شوند (انفجار خودروی حامل سوخت) باعث شده است 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 شود. پس از تولد تکنولوژی انفجار، آزمایشات و تحقیقات بسیاری توسط مهندسان و دانشمندان بر روی مصالح و بارهای انفجاری انجام شده است. فولاد و بتن نیز به عنوان متداول‌ترین مصالح عمرانی به دلیل اهمیت و گستردگی استفاده 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 است، بنابراین برای طراحی پل‌ها تحت اثر انفجار تحقیقات آزمایشگاهی و عددی و تحلیلی نیاز است تا بتوان دانش کافی برای توسعه‌ی آئین‌نامه‌های طراحی پل‌ها در برابر انفجار را فراهم آورد.

بعد از رویداد 11 سپتامبر تلاش‌های 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 شد[1]. اخیرا مهندسین ارتش آمریکا به بررسی 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 بررسی 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 است اما این زمینه هنوز تازه است[2].

 

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

حملات تروریستی که علیه برج‌های تجارت جهانی در 11 سپتامبر 2001 روی‌ داد، یکی از برجسته‌ترین حملات تروریستی است که علیه سازه‌ها اتفاق افتاده است. این واقعه‌ی تلخ هشداری به مسئولان و مهندسان برای توجه بیشتر به سازه‌هایی است که امکان خرابی آنها توسط بارهای انفجاری می‌رود است. چنانچه در مورد این موضوع بیشتر تفکر شود، می‌توان به خطرپذیری سازه‌های راهبردی تحت بارگذاری انفجاری پی برد. سازه‌های حمل و نقلی از جمله‌ی این سازه‌های راهبردی هستند. همانطور که گفته شد 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 است که حداقل 53 مورد حمله تروریستی در بین سال‌های 1998 تا 2006 برای انهدام پل‌ها در نقاط مختلف دنیا اتفاق افتاده است[3]. از بین این تعداد حدود 60 درصد با بمب گذاری صورت گرفته است. مشاهدات گذشته نشان داده‌اند که تروریست‌ها علاقه‌مند به حمله به پل‌های بزرگراهی هستند که در شهرهای صنعتی وجود دارد، علت این امر آن است 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 شد.

بغیر از حملات تروریستی، حوادثی که غیر عمد منجر به انفجار بر پل می‌شود نیز از جمله خطرات انفجاریست که پل‌ها را تهدید می‌کند. تصادف خودروها و انفجار آن‌ها که منجر به فرو ریزش پل وبر فال آی-40[6] شد، مثالی از این نوع خطر است. 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 استفاده می‌شدند نشانگر اهمیت و نقش پررنگ پل‌ها در روزهای سخت جنگ می‌باشد، این پل‌ها در دوران دفاع مقدس همواره جزو اهداف اصلی نیروهای عراقی برای انهدام بوده‌ است. با توجه به موارد گفته شده لزوم توجه بیشتر به پل‌ها و طراحی پل‌های مقاوم یا بهسازی پل‌های موجود در برابر بارهای انفجاری ضرورت دارد.

 

شکل 1-1: فروریزش پل I-40

شکل 1-2: پل خرمشهر در دوران دفاع مقدس

 

1-3-ساختار و اهداف تحقیق

طراحی و ساخت پل‌های بتنی با مقطع باکس پس‌کشیده توسعه بسیار زیادی پیداکرده است. 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 می‌کند، 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 است. 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. لذا با توجه به اجرای زیاد این نوع پل‌ها، ضرورت بررسی عملکرد پل‌های بتنی با مقطع باکس پس‌کشیده تحت اثر بارهای ناشی از انفجار نمایان می‌گردد.

تحقیق حاضر شامل 6 فصل می باشد. دراین پایان‌نامه ابتدا پل باکسی پس‌کشیده با دهانه‌های 37+68+37 متری در نرم‌افزار Sap2000 مطابق آئین‌نامه‌های معتبر تحلیل و طراحی می‌شود. سپس 8 مدل اجزاء محدود از این پل در نرم‌افزار ANSYS-AUTODYN مدل‌سازی می‌گردد. تفاوت این 8 مدل در محل قرارگیری ماده منفجره و نحوه‌ی توزیع بار زنده روی پل است. اهداف مورد نظر در این تحقیق به شرح زیر است.

  • ارزیابی میزان خسارت وارده به پل، تحت موج انفجاری که به علت نفوذ به داخل باکس عرشه تشدید شده است.
  • مشاهده و پیگیری نحوه‌ی توزیع تنش در اجزای پل
  • تاثیر نحوه‌ی 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 می‌شوند. هر کدام از این دسته بندی‌ها به خودی خود می‌توانند به دو گروه اصلی و تجربی تقسیم شوند. گروه اصلی به کمک قوانین فیزیک شروع به پیشگویی انفجار می‌کنند، این در حال است که گروه تجربی به کمک آزمایشات این هدف را دنبال می‌کنند.

برای انتشار امواج انفجار به صورت واقعی لازم است شرایط اتمسفری، اثرات مرزی، مواد منفجره و پارامترهای زیاد دیگری را در نظر گرفت که این کار دشواری است. همچنین تغییرات فشار انفجار به دلیل تغییر شکل‌های بزرگ سازه و آسیب‌های موضعی، باید در محاسبات لحاظ شود. به دلیل رفتار غیرخطی سازه تحت بار انفجار باید نتایج تحلیل‌های عددی توسط نتایج آزمایشگاهی تایید شوند. بنابراین تحقیقات صورت گرفته در این زمینه به دو دسته تحلیل عددی و کارهای آزمایشگاهی تقسیم می‌شوند. در این فصل ابتدا به پدیده انفجار به همراه روابط ارائه شده برای محاسبه بار انفجاری معرفی می‌شود و پس از آن به رفتار مصالح در نرخ کرنش بار انفجاری اشاره‌ای می‌شود. در انتهای فصل نیز پیشینه تحقیقات عددی و آزمایشگاهی صورت گرفته، ارائه می‌شود.

 

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 است. 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 است 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 می‌شود (به صورت نمایی) در بارگذاری انفجاری زمان اعمال بار، بسیار کوتاه می‌باشد و معمولاً بر حسب هزارم ثانیه میلی ثانیه بیان می‌شود. در آخر پدیده انفجار، موج ضربه ای منفی ایجاد می‌شود که مکش ایجاد می‌کند و درجایی که خلأ ایجاد شده باشد، یک باد قوی یا نیروی کششی بر سطوح ساختمان وارد می‌شود. این باد، آثار مخروبه به جا مانده از انفجار را بر می‌چیند و سبب جابجایی آن‌ها می‌شود. فاز منفی کوچک و تدریجی بوده، به طوری که در طراحی سازه های مقاوم در برابر انفجار در اکثر مواقع از آن صرف نظر می‌گردد. سه اثر اصلی که در آنالیز سازه تحت اثر بار انفجار خیلی مهم هستند، عبارت‌اند است 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 انسان شده و آسیب می‌زند. در ادامه از بررسی گزینه سوم صرف نظر می‌کنیم[6].

 

2-3- بارگذاری انفجاری

اضافه فشار، فشاریست که به علت انفجار به فشار محیط اضافه می‌شود. هنگامی‌که اضافه فشار ناشی از انفجار در حال کاهش به سمت صفر است درست در لحظه‌ای که وارد فاز منفی می‌شود فشار به یکباره کمی‌افزایش می‌یابد، این به دلیل است 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 طور ناگهانی فشار کمی‌افزایش می‌یابد ولی این بار کمتر از مرحله قبل. به نمودار تغییرات فشار در این پروسه که ذکر شد 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 است. 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 موارد برابر است. از همین نتیجه استفاده می‌شود تا قانون مقیاس که توسط هاپکینگسون[8]مطرح شد به وجود آید. این قانون بیان می‌کند 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 رابطه (2-1) Z فاصله مقیاس و R فاصله از محل انفجار به متر است. W وزن معادل ماده منفجره به TNT به کیلوگرم می‌باشد. چندین روش برای بیان وزن TNT معادل وجود دارد، ولی 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 است به سطحی برخورد کند و موج انفجار بازتاب شود، موج بازتاب شده با سرعت بیشتری نسبت به موج اولیه (موج برخوردی) حرکت می‌کند، این بدان علت است که موج برخوردی پس از اصابت به سطح فشرده تر شده و داغ‌تر می‌شود در نتیجه می‌توان گفت انرژی‌اش بیشتر شده و این انرژی به صورت انرژی جنبشی به محیط باز می‌گردد، 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 شود 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 میزان مواد منفجره و توان سوم فاصله است برای یک خطر انفجاری که بر حسب وزن ماده منفجره و فاصله بیان می‌شود، 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 است استخراج کرد (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 است و اندرکنش موج با سازه یک مسئله پیچیده می‌باشد. پس از اصابت موج انفجار به سازه فشار و ضربه وارده تشدید می‌گردد. مقدار تشدید رخ داده وابستگی زیادی به حداکثر اضافه فشار موج انفجار برخوردی و جهت‌گیری سازه در مقابل 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 می‌شود. هنگامی که این اثر رخ می‌دهد، فشار بازتابی به دنبال افت و تسکین به سمت گوشه‌ها پیش می‌رود. همان طور که از شکل پیداست فشار در نقطه B به دلیل نزدیک بودن به لبه‌ها سریع‌تر از نقطه A پراکنده می‌شود. زمان لازم برای نقطه مورد نظر تا تحت اثر تسطیح در لبه‌ها پراکنده شود طبق رابطه (2-2) محاسبه می‌گردد[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 است.

 

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 ابتدا برای گاز ایده‌آل بیان‌کردند. این معادلات برای سرعت جبهه موج انفجار Us و ماکزیمم فشار دینامیکی qS به صورت زیر بیان می‌شود[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 است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

تعداد صفحه :198

قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        09124404335        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

 

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید

3 پاسخ

ترک بک و پینگ بک

  1. […] بیشتر بر روی اعضای پل متمرکز بودند. برای مثال فوجیکورا[۴] طی تحقیقات آزمایشگاهی اقدام به بررسی عملکرد پایه‌های […]

  2. […] برای مثال درس‌های آموخته شده از بمب گذاری در اوکلاهاما[۱] در سال ۱۹۹۵ و حمله به سفارت آمریکا در تانزانیا[۲]و […]

بخش دیدگاه ها غیر فعال است.