ارزیابی و مطالعه بارهای انفجاری روی عرشه (تیر-دال بتنی) پلهای منظم و ارائه راهکار جدید برای کاهش آسیب

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه
چکیده
عملیات تروریستی در سطح جهان رو به فزونی گذاشته است. در این بین پل‌ها به عنوان شریان­های حیاتی از سازه­های در دسترس برای عملیات تروریستی به حساب می­آیند که البته با توجه به اهمیت آن‌ها لازمست راهکارهایی برای کاهش آسیب­پذیری پل‌ها در برابر بارهای انفجاری ارائه شود. با توجه به گستردگی عرشه­های دوعنصری در ایران و جهان، در این تحقیق رفتار عرشه دوعنصری پل­های بتنی منظم در پلان در برابر بارهای انفجار بررسی شده است. بدین منظور پل شهید صنیع­خانی تهران بر اساس نقشه­های سازه موجود در نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس مدل‌سازی شده و بارهای انفجاری به آن اعمال گردیده است. مواد منفجره در وزن‌های ۴/۴۵، ۱۰۰ و ۱۵۰ کیلوگرم و در فواصل ۵/۰، ۲/۱، ۸۳/۱، ۵۴/۲ و ۸1/۳ متری از سطح عرشه دال منفجر شده­ و عملکرد عرشه مورد بررسی قرار گرفته است. سپس به منظور بهبود عملکرد عرشه در برابر بارهای انفجاری یک سیستم جدیدی پیشنهاد گردید که بدون تغییر در مصالح، عملکرد عرشه در برابر انفجار بهبود یابد. بر اساس نتایج به دست آمده مقدار ایمن و فاصله ایمن مواد منفجره نسبت به عرشه پل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که افزایش وزن ماده منفجره منجر به افزایش تغییرمکان ایجاد شده در عرشه پل شده و گسترش خرابی را به دنبال خواهد داشت. هم‌چنین افزایش فاصله ماده منفجره از سطح پل منجر به کاهش خرابی در آن می‌شود. با کاربرد سیستم سازه اصلاح شده، آسیب­پذیری عرشه نسبت به بارهای انفجاری به شدت کاهش می­یابد. بااین‌وجود و با توجه به سهولت اجرا و عدم تغییر قابل‌توجه در مصالح مورد استفاده و هزینه عملیات اجرایی، می­تواند در اجرای عرشه پل‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Evaluation and study of blast loads on deck (concrete beam- slab) of regular bridges and proposing new approach for damage reduction

نویسندگان English

Hamid Reza Ahmadi
Maziar Fahimi farzam
Yaser Ghorbannejad
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh
چکیده English

Given that terrorist operations have increased in recent decades, it is therefore necessary to confront the dangers of this phenomenon. The explosions can cause severe damage to buildings and cause the progressive and complete destruction of these structures. Blast stresses are one of the most destructive loads which a structure may experience. Many of the existing structures are vulnerable to loads caused by the blast wave, so their resistance to such loads should be investigated to identify critical points of structures. In the meantime, bridges are considered as the vital available structures for terrorist operations, but with respect to their importance, solutions must be provided to reduce the vulnerability of bridges subjected to explosive loads. This paper investigates the behavior of bridge under blast loads in different weights and distances. Several experiments samples have been modeled and analyzed under blast loads for validating the results at finite element ABAQUS software, and the analyses showed that this software is able to predict the behavior of studied systems under blast loads. In this case, a bridge that has been located in Tehran, Shahid Sanie' Khani bridge, was chosen and investigated by utilizing ABAQUS. This bridge was subjected to blast loading substance, TNT, in different weights of 45.4, 100, and 150 kg and in different distances of 0.5, 1.2, 1.83, 2.54, and 3.83 meters from the center area of the bridge’s slab. Additionally, a new system U-boot named was added to the initial model for investigating its influences under blast loading. To conclude, firstly, increasing the amount of exploding substance (in a fixed distance from the center of the slab) cause an increase in the slab displacement and subsequently the damage in the slab is being increased. Secondly, increasing the exploding substance from the center of the slab and assuming a fixed weight for it in both first and second cases showed that increase in the amount of distance could lead to decreasing the displacement in slab and subsequently the damages decreases. Finally, adding the U-boot system leads to incredible improvement in the whole model in comparison with the initial one.

کلیدواژه‌ها English

concrete deck
blast loads
regular bridges
Finite element analysis
Performance level
[1] A.K.M. Anwarul Islam, Nur Yazdani, Performance of AASHTO girder bridges under blast loading, Engineering Structures 30 (2008) 1922–1937
[2] Recommendation for bridge and tunnel security, AASHTO Blue Ribbon Panel on Bridge and Tunnel Security, 2003.
]۳[ سیف‌اللهی، حسین.، مرشد، رضا. بررسی رفتار دال‌های بتن‌آرمه تحت اثر انفجار، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 49، شماره 4، 1396، صفحات 686-696
]۴[ تاجور، امیرحسین.، ناصر اسدی، کیارش.، مرادلو، جواد. مطالعه تحلیلی رفتار دال‌های بتنی مقاوم شده با فنس فولادی در برابر، مجله علمی پژوهشی-مهندسی عمران مدرس دوره 18، شماره ۱، ۱۳۹۷، صفحات ۳۱-۴۲
[5] Foglar M, Kovar M. “Conclusions from experimental testing of blast resistance of FRC and RC bridge decks”, International Journal of Impact Engineering, 59, 2013, pages 18-28
[6] Hao H, Edmond K, Tang C.”Numerical simulation of a cable-stayed bridge response to blast loads, Part II: Damage prediction and FRP strengthening”, Engineering Structures, 32, 2010, pages 3193_3205
[7] Fujikura S, and M. Bruneau M. “BLAST RESISTANCE OF SEISMICALLY DESIGNED BRIDGE PIERS”, the 14thWorld Conference on Earthquake Engineering, 2008, Beijing, China
[8] Li M, Zong Zh, Liu L, Lou F.” Experimental and numerical study on damage mechanism of CFDST bridge columns subjected to contact explosion”, Engineering Structures, 159, 2018, pages 265-276
[9] Li J, Wu C, Hao H, Su Y. “Experimental and numerical study on steel wire mesh reinforced concrete slab under contact explosion”, Materials and Design, 116, 2017, pages 77–91
[10] Pan Y, Carlos E. Ventura M, Cheung M.S. “Performance of highway bridges subjected to blast loads”, Engineering Structures, 151, 2017, pages 788–801
[11] Liu Y, Yan J-b, Huang F. “Behavior of reinforced concrete beams and columns subjected to blast loading”, Defence Technology, 2018
[12] Wei Wang, Ruichao Liu, Biao Wu, Analysis of a bridge collapsed by an accidental blast loads, Engineering Failure Analysis Volume 36, January 2014, Pages 353-361
[13] S.K. Hashemi, M.A.Bradford, H.R.Valipour, Dynamic response of cable-stayed bridge under blast load, Engineering Structures Volume 127, 15 November 2016, Pages 719-736
[14] Eric B. Williamson, Oguzhan Bayrak, Carrie Davis, G. Daniel Williams, Performance of Bridge Columns Subjected to Blast Loads. II: Results and Recommendations, J. Bridge Eng. 2011.16:703-710
[15] David G. Winget, Kirk A. Marchand, and Eric B. Williamson, Analysis and Design of Critical Bridges Subjected to Blast Loads, J. Struct. Eng. 2005.131:1243-1255.
[16] Eldo Simon, M. Sirajuddin, PARAMETRIC STUDY OF STAND-OFF DISTANCE ON A BRIDGE UNDER BLAST LOADING, International Journal of Advanced Research in Engineering and Technology, Volume 8, Issue 2, 2017, pp. 01–07
[17] Izadifard, R.; Foroutan, M. “Blast Wave Parameters Assessment at Different Altitude Using Numerical Simulation”; Turk. J. Eng. Environ. Sci. 2010, 34, 25-42
[21] Hu, H. T. and Lin, F. M.; “Nonlinear Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beam Strengthened by Fiber-Reinforced Plastic”; Composite Structure, 63 (2004) 271-281
[19] Tomasz JANKOWIAK, Tomasz ODYGOWSKI ,FOUNDATIONS OF CIVIL AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING, No 6, 2005
[20] Hognestad E., "A study of combined bending and axial load in reinforced concrete members", Bulletin 399, University of Illinois Engineering Experiment Station, Urbana, I11., November 1951, 128
[22] Belarbi, A., & Hsu, T. T. Constitutive laws of concrete in tension andreinforcing bars stiffened by concrete,ACI structural Journal, 91(4),Page 6, 1994
[23] Yan LIU, Jun-bo YAN,Feng-lei HUANG, Behavior of reinforced concrete beams and columns subjected to blast loading, Defence Technology (2018)
[24] Unified Facilities Criteria (UFC) 3-340-02. Structures to resist the effects of accidental explosions. Washington D.C.: U.S. Department of Defense; 2008. p. 50e70