بررسی و تعیین اضافه فشار بیشینه وارد بر ابنیه فنی راه و زیرساخت‏ های حمل و نقل واقع در مجاورت عوارض توپوگرافی تحت اثر انفجار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار مهندسی زلزله، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

بررسی آثار امواج کوبشی ناشی از انفجار مواد منفجره در اطراف سازه‏ های استراتژیک مانند راه ­ها، تونل­ ها، پل ­های جاده­ ها و خطوط ریلی همواره اهمیت قابل توجهی داشته است. نیروهای اعمال شده بر سازه ­ها تحت اثر انفجار، وابسته به اضافه فشار هوای اطراف سازه می ‏باشد. مطالعات صورت گرفته در مورد چگونگی انتشار امواج نشان می­ دهد که رفتار امواج، به هندسه فضای انتشار موج وابسته است و با تغییر هندسه فضا، رفتار امواج نیز تغییر خواهد کرد، که این ملاحظات در شیوه­ های متداول تعیین نیروهای وارد بر سازه ­ها ناشی از انفجار مد نظر قرار نمی ­گیرد. بسیاری از ابنیه فنی مورد استفاده در خطوط ریلی و جاده ­ها در نواحی کوهستانی واقع شده ­اند و در صورت وقوع انفجار در نواحی شامل عوارض توپوگرافی، باید اثر تفرق امواج و میزان اضافه فشار ناشی از آن، در این نواحی در نظر گرفته شود. به دلیل بازتاب امواج انفجاری در مجاورت عوارض توپوگرافی، استفاده از روابط متداول تعیین نیروهای وارد بر سازه ‏ها ناشی از انفجار به منظور ارزیابی پل ­ها و خاکریز جاده­ ها در مجاورت عوارض توپوگرافی معقول نمی ‏باشد. با بررسی ­های انجام شده در این مقاله، ملاحظه می­ گردد که این اضافه فشار اعمال شده بر ابنیه فنی راه چندین برابر مقادیر مشابه در نواحی مسطح می ‏باشد. همچنین، ملاحظه گردید که با افزایش میزان مواد منفجره و کاهش نسبت عرض دره به عمق آن، اضافه فشار ایجاد شده ناشی از انفجار و اثر بازتاب آن افزیش می­ یابد و حتی الگوی فشار اعمال شده در نواحی مجاور عوارض توپوگرافی منطبق بر الگوی توزیع فشار در نواحی مسطح نیست.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment and Determination of Maximum Extra Pressure on Technical Buildings for Roads and Transportation Infrastructures near Topographic Irregularities under Blast Loads

نویسندگان [English]

  • M.I. Khodakarami 1
  • Y. Nouri 2
چکیده [English]

Assessment of the effects of shockwaves caused by explosions near strategic structures such as roads, tunnels, bridges and railways has always been of high importance. The blast loads on structures are dependent on extra atmospheric pressure around the structures. Studies reveal that because of the natural properties of the waves, their behavior is affected by the geometry of the wave propagation domain. These considerations are not included in traditional methods of determining the forces due to blasts on structures. The technical buildings of railways and roads are mostly built in mountainous regions. If an explosion occurs around these structures, the blast waves will be scattered near topographic irregularities and the resulting extra pressure should be considered. Due to reflection of the blast waves near the topographic irregularities, it is not wise to apply common methods of determining forces resulting from explosions imposed on structures to evaluate bridges and embankments in the vicinity of topographic irregularities. The investigations reported in this paper show that this extra pressure imposed on technical structures of roads is much greater than that of flat regions. Furthermore, results demonstrated that with increasing the amount of explosives and decreasing the width-to-depth ratio of the valley, the extra pressure resulting from explosion and its reflection increases as well. Additionally, it was observed that even the applied pressure pattern near the topographic irregularities differs from that of flat regions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Road Technical Buildings
  • Transportation Infrastructures
  • Blast Waves
  • Passive Defense
  • Topographic Irregularities

ANSYS AUTODYN. 2010. “AUTODYN Users Manual”. Release 13.0. ANSYS, Inc. Proprietary.

Deng, R. B. and Jin, X. 2009. “Numerical simulation of bridge damage under blast loads”. WSEAS Trans. on Comput. 9(8): 1564-1574.

Duwadi, S. R. and Chase, S. B. 2006. “Multiyear Plan for Bridge and Tunnel Security Research, Development and Deployment”. FHWA-HRT-06-072, Office of Infrastructure Research and Development, Federal Highway Administration, Springfield, VA.

Kinney, G. F. and Kenneth, J. G. 1985. “Explosive Shocks in Air”. Springer, Berlin.

Needham, C. E. 2010. “Blast Waves”. Springer, Berlin.

Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A. and Ramsay, J. 2007. “Blast Loading and Blast Effects on Structures– An Overview”. EJSE, Special Issue: Loading on Structures, pp. 76-91.

Peng, W., Zhang, Z. and Gogos, G. 2009. Modeling and Simulation of Interaction between Blast Waves and Structures for Blast Mitigation”. University of Nebraska, Lincoln, Nebraska, USA.

Sewell, R., Zulkosi, G. S. and Kinney, T. R. 1979. “Blast Parameter Characterization”. Naval Weapons Center Technical Report TP 5920, Part 1, Volume 2, China.

Thompson, P. A. 1972. “Compressible-fluid Dynamics”. McGraw-Hill Book Co., New York.

Trivikram, N. L., Vasanth, S., Ramesh, V. and Mrityunjaya, R. Y. 2009. “Simulation of explosion in train and bridge”. 3rd ANSA & ETA International Conference, Khalkidhiki, Greece.

Xie, X., Wang, R. and Yang, Y. 2010. “Numerical simulation of dynamic response of operating metro tunnel”. J. Rock Mech. Geotech. Eng. 2(4): 373-384.

Yi, Z. and Agrawal, A. K. 2009. Blast Load Effects on Highway Bridges”. University Transportation Research Center, New York, USA.