پدیده انفجار از نوع مسائل با نرخ کرنش بالا است که برای حل آن نیاز به تحلیل دینامیکی هست. همچنین با توجه به اندرکنش بین سازه های زیرزمینی و خاک تحلیل این سازه ها تحت اثر هر نوع بار از نوع تحلیل غیرخطی است. به این ترتیب تحلیل سازه های زیرزمینی تحت اثر انفجار از نوع م سائل با نرخ کرنش بالا است که برای حل آن نیاز به تحلیل دینامیکی غیرخطی میباشد. دو روش حل ضمنی و صریح برای تحلیل دینامیکی وجود دارد که با توجه به شرایط مسائل انفجار تحلیل آنها به صورت حل انتگرالی صریح است. روشهای شبیه سازی عددی به عنوان یک روش نوین در محاسبه بارهای دینامیکی غیرخطی کاربرد وسیعی یافته اند. بر اساس نتایج پژوهشگران از میان نرم افزارهای صریح موجود نرم افزار اتوداین به دلیل قدرت زیاد در حل مسائل با نرخ کرنش بسیار بالا نتایج مناسبی از شبیه سازی و تحلیل مسائل انفجار به دست می دهد. از طرفی بارگذاری انفجاری سازه های زیرزمینی غالباً بر اساس رابطه های حاصل از پژوهش های نظری و تجربی انجام می شود. در این پژوهش از روش شبیه سازی عددی برای تحلیل و شبیه سازی اثر انفجار سطحی روی سازه زیرزمینی استفاده شده است. همچنین کلیه مراحل انجام شده است. به منظور تحلیل چگونگی بارگذاری، پاسخ سازه زیرزمینی در اعماق متفاوت AUTODYN شبیه سازی با استفاده از هیدروکد بررسی شده و نتایج عددی با روابط ارائه شده در دستورالعمل ارتش آمریکا و نیز منابع معتبر علمی مقایسه شده است. در نهایت پیشنهاداتی در راستای بهبود بارگذاری سازه های مذکور در طراحی ها ارائه شده است.

در مقاله حاضر، پس از توضیح اصول و قواعد مدل سازی فیزیکی با دستگاه سانتریفیوژ در ژئوتکنیک، کاربرد این اصول در مدل سازی انفجار شرح داده شده است. در ادامه نحوه انجام آزمایش انفجار و تجهیزات مورد نیاز آزمایش تشریح شده است. در انتها نتایج بارگذاری انفجار در یک دستگاه سانتریفیوژ به صورت تاریخچه زمانی شتاب، فشار و کرنش برای دو نقطه مختلف از سازه زیرزمینی که در عمق 6/ 5 متری سطح زمین قرار گرفته، ارائه گردیده است. نتایج به دست آمده از این آزمایش انطباق خوبی با روابط موجود در آیین نامه ها و تحقیقات گذشته دارد. از نتایج این مطالعه می توان برای درک بهتر اثر بارگذاری انفجار بر سازه های زیرزمینی و در صورت لزوم صحت سنجی نرم افزارهای عددی جهت مطالعات وسیع تر استفاده کرد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

تحلیل سازه ­های زیرزمینی تحت انفجار با توجه به پیچیدگی بارگذاری دینامیکی انفجار و رفتار خاک دارای چالش­ هایی می­ باشد. با توجه به نقش سازه ­های زیرزمینی به عنوان پناهگاه و آسیب ­پذیری این سازه ها در برابر بارهای انفجاری، نیاز به بررسی و تحلیل اثر انفجار بر این سازه ها احساس می­ شود. هدف این مطالعه بررسی تأثیر فاصله پرتابه انفجاری از سازه زیرزمینی و قطر کره انفجاری بر سازه زیرزمینی می­ باشد. بدین منظور با استفاده از روش تفاضل محدود و تحلیل دینامیکی سازه زیرزمینی برای فاصله­ های مختلف پرتابه انفجاری و قطرهای مختلف کره انفجاری شبیه­ سازی گردید. در این مطالعه انتشار امواج انفجار به صورت کره ای با اعمال فشار انفجار بر دیواره کره انفجاری در نظر گرفته شد. نتایج نشان می ­دهند که با افزایش فاصله سازه زیرزمینی از مرکز انفجار، فشار بیشینه خاک بر روی سیستم نگهداری و همچنین گشتاور خمشی و نیروی محوری در تاج و دیواره سازه نگهداری تونل به صورت نمایی کاهش می یابند. همچنین پس از رسیدن موج انفجار به سیستم نگهداری تونل، جابجایی و سرعت عمودی ذرات سیستم نگهداری در تاج تونل (که دقیقاً زیر مرکز کره انفجاری قرار دارد) بیشترین مقدار را دارد. با افزایش قطر کره انفجاری، گشتاور خمشی در تاج و دیواره تونل تقریباً به صورت خطی افزایش می یابد که این شیب برای تاج تونل سه برابر دیواره می باشد.

تونل های زیرزمینی نقش مهمی در محافظت از تاسیسات مهم در برابر نیروهای مختلف از جمله انفجار ایفاء می کنند. انفجارهای سطحی و نفوذی می توانند سربار تونل و یا محیط در برگیرنده تونل را به زوال برسانند و بار زیادی را به پوشش تونل وارد نمایند. بنابراین جهت دوام تونل می بایست بار انفجار در طراحی تونل در نظر گرفته شود تا بتواند بار حاصل از خرابی خاک و سنگ اطراف را تحمل کند. یکی از معیارهای پر کاربرد برای ارزیابی شکست تونل و سازه های زیرزمینی، سرعت بیشینه ذرات می باشد. در این مقاله، این معیار جهت بررسی رفتار تونل های زیرزمینی تحت اثر انفجار سطحی استفاده شده است. در این راستا، با استفاده از شبیه سازی عددی رفتار تونل های با سطح مقطع مستطیلی و نعل اسبی تحت اثر انفجار سطحی مورد بررسی قرار می گیرد. برای شبیه سازی از نرم افزار LSDYNA استفاده شده است. در ادامه با مقایسه سرعت بیشینه ذرات و تغییر مکان در مرکز سقف و تنش فون مایزز در المان تاج تونل برای مقاطع نعل اسبی و مستطیلی اثر شکل مقطع بر رفتار تونل تحت اثر انفجار بررسی می شود. مشاهده می شود، در صورتی که ابعاد تونل ها یکسان در نظر گرفته شود، محیط دربر گیرنده تونل با مقطع مستطیل شکل مقاومت بیشتری نسبت به محیط دربر گیرنده مقطع نعل اسبی دارا می باشد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

امروزه برای طراحی سازه های زیرزمینی افزون بر بارهای رایج نظیر زلزله، بارگذاری انفجاری نیز در نظر گرفته می شود. اغلب سازه های زیرزمینی در سراسر جهان دریک عمق ایمن در داخل خاک احداث می گردند. به عمقی از زمین که در آن سازه زیرزمینی تحت اثر نیروهای انفجار آسیبی دریافت ننماید، ایمن اطلاق می شود. علت استفاده از عمق خاک در طراحی و احداث سازه­ های زیرزمینی بهره هرچه بیشتر از خاصیت تکیه گاهی خاک اطراف سازه و حداقل رساندن نیروی وزن سازه و هم چنین استفاده از خاصیت میرایی خاک جهت کاهش دامنه موج شوک ناشی از انفجار سلاح های نفوذکننده دقیق می باشد. بارگذاری انفجاری این سازه ها معمولاً بر اساس روابط و آئین نامه های حاصل از پژوهش­ های نظری و تجربی انجام می گیرد. از طرفی روش های عددی و استفاده از نرم افزارهای اجزاء محدود نیز در محاسبه بار انفجاری وارد بر این سازه ها رواج پیدا کرده است. در این پژوهش اثرات انفجار مدفون بر روی یک سازه زیرزمینی بتن مسلح به روش عددی و تحلیلی بررسی شده است. شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود اتوداین انجام گرفته است. به منظور تحلیل نحوه بارگذاری انفجاری و پاسخ سازه زیرزمینی، اثر وزن ماده منفجره و عمق دفن سازه مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه نتایج عددی نیز با روابط ارائه شده در منابع معتبر علمی و دستورالعمل کشور امریکا برای طراحی این نوع از سازه ها مقایسه گردیده است. در انتها با توجه به نتایج پژوهش انجام گرفته در راستای بهبود بارگذاری سازه های مذکور تحت اثر انفجار در داخل خاک در طراحی ها، پیشنهاد می گردد از اعمال ضریب افزایشی به چنین بارهایی اجتناب شود.

در پنج دهه گذشته به سازه های زیرزمینی به عنوان سازه های امن در مباحث پدافند غیرعامل پرداخته شده است. گسترش روزافزون به کارگیری فضاهای زیرزمینی، نیاز به پژوهش ها و بررسی های موشکافانه تر در خصوص بارهای وارده در این فضاها را بایسته کرده است. در این پژوهش اثر بارهای ضربه ای شدید ناشی از انفجار سطحی که برروی پوسته بتنی دالان زیرزمینی وارد می شود، برای پوسته با بتن دارای مقاومت فشاری 30 مگاپاسکال، با بتن ابر توان مند الیافی، با و بدون میل گرد، بررسی شده است. در این راستا، نرم افزار آباکوس برای شبیه سازی رفتار این گونه سازه ها زیر اثر بارهای ناشی از انفجار بیرونی به کار گرفته شده است. هم سنجی یافته ها بر پایه تغییرات تنش های پوسته دالان، تغییرات فشاری و اندازه جابه جایی پوسته دالان در برابر بار انفجاری انجام شده است. در اثر انفجار ماده منفجره در تراز زمین دو گونه موج القایی و ضربه ای پدید می آید که به گونه ای هم زمان در این پژوهش به کار گرفته شده اند. یافته های این پژوهش نشان می دهد که افزودن الیاف فولادی به بتن ابر توان مند، با و بدون شبکه فولادی، در هم سنجی با بتن مسلح با مقاومت فشاری 30 مگاپاسکال، در شرایط بارگذاری برابر، افزایش مقاومت فشاری پوسته بتنی در برابر امواج ناشی از انفجار را به همراه خواهد داشت.

استفاده از پلی یورتان به عنوان پوشش فداشونده، موضوعی مهم در حوزه کاهش مخاطرات و افزایش ایمنی سازه ها در برابر انفجارهای ناشی از حملات جنگی و تروریستی است. پارامترهای رفتاری پلی یورتان می تواند تاثیرات مثبتی در راستای کاهش خسارات وارد شده به تونل ها تحت تاثیر انفجارهای سطحی داشته باشد. در این مقاله، تاثیر تغییر چگالی ماده و همچنین ضخامت پوشش حفاظتی پلی یورتان (به عنوان جاذب انرژی) در کاهش خسارت ناشی از انفجار سطحی بر تونل های زیرزمینی به کمک شبیه سازی رایانه ای با نرم افزار AUTODYN بررسی شده است. ضخامت کاور فوم از 60 سانتی متر تا 150 سانتی متر و همچنین چگالی آن از 90 تا 250 کیلوگرم بر مترمکعب در مدل سازی، متغیر در نظر گرفته شد و تاثیر هر یک از آن ها در کاهش حداکثر فشار ناشی از انفجار در تاج تونل با هم مقایسه گردید. مشاهده شد که با افزایش ضخامت پوشش حفاظتی پلی یورتان، مقدار فشار و تغییر مکان قایم در تاج تونل روند کاهشی خواهد داشت. همچنین در اثر تغییر چگالی پلی یورتان در ضخامت 70 سانتی متر مشاهده شد که روند کاهشی فشار حاصل از انفجار در تاج تونل، در چگالی 140 کیلوگرم بر مترمکعب به حد بهینه خود خواهد رسید.

با گسترش روزافزون تکنولوژی ساخت تجهیزات نظامی با تخریب بالا، نیاز به ساخت سازه هایی با مقاومت قابل قبول در برابر انفجار در مراکز حساس و حیاتی بیش از پیش احساس می شود. این سازه ها به عنوان امکانات شهری در زمان صلح و در زمان جنگ و بلایای طبیعی عاملی برای حفظ جان مردم محسوب می شوند. به علت عدم وجود اطلاعات تجربی مناسب و مشکلات روش های آزمایشگاهی در زمینه انفجار سازه ها، استفاده از روش های مدل سازی عددی و اجزا محدود می تواند کمک شایانی در طراحی سازه ها و برآورد بارهای وارد بر آنها داشته باشد. در این تحقیق تاثیر دال بتن آرمه فداشونده بر عملکرد سازه های بتن آرمه قوسی شکل زیرزمینی تحت بار انفجار با جزئیات متداول و همچنین پارامترهای تاثیرگذار مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. جهت حل از نرم افزار اجزا محدود Ls-Dyna استفاده شده و مدل های بهینه سازی شده قوس های بتنی تحت میزان مختلف مواد منفجره مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحلیل های مختلف صورت گرفته نشان می دهد که در صورت قرار دادن دال بتنی فداشونده روی تاج سازه قوسی شکل زیرزمینی تخریبی روی سازه مورد مطالعه صورت نمی گیرد و فقط تخریب مربوط به دال بتنی خواهد بود که با افزایش میزان TNT تخریب روی آن بیشتر می شود و در اصل وجود این دال باعث پخش قدرت انفجار در سطح بیشتری از خاک می گردد که این موجب کاهش انتقال نیرو به سازه مورد مطالعه می باشد. بنابراین درجه ایمنی این سازه ها به لحاظ عملکرد در برابر بار انفجار به میزان قابل توجهی افزایش خواهد یافت.