مطالعه و مقایسه بار انفجار مدفون و زلزله حوزه نزدیک و تاثیر میرایی و ارتفاع سازه

نوع مقاله : عمران - زلزله

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی مالک اشتر،تهران ،ایران

2 استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

چکیده

انفجار مدفون از این لحاظ که اثرات آن از طریق زمین به پی سازه­های سطحی و روزمینی وارد می­شود مشابه زلزله است؛ ولی محتوای فرکانسی حرکت زمین در اثر انفجار متفاوت با زلزله است. ازآنجاکه انرژی انفجار به‌صورت ناگهانی به مقدار زیاد در مدت‌زمان بسیار کوتاه آزاد می‌شود، انتظار می‌رود که فرکانس­های غالب حرکت زمین در اثر انفجار مدفون نسبت به زلزله، حتی نسبت به زلزله‌های حوزة نزدیک، در سطوح بالاتری قرار داشته باشد. جهت بررسی این موضوع، در این تحقیق انفجار دو مقدار مختلف ماده منفجره TNT در دو عمق متفاوت از محیط نیمه بی‌نهایت دو نوع زمین سخت و نرم به روش عددی اجزای محدود شبیه‌سازی و تاریخچه زمانی مؤلفه‌های حرکت میدان آزاد سطح زمین ناشی از این هشت حالت انفجار استخراج و سپس با به‌دست‌آوردن طیف­های پاسخ سازه­ای مربوطه، با هم مقایسه شده‌اند. همچنین با درنظرگرفتن دو زلزلة حوزة نزدیک، شامل زلزله­های LANDERS و  CHRISTCHURCH و استخراج طیف­های پاسخ سازه­ای مربوط به آن‌ها، بین حرکات ناشی از انفجارها و زلزله‌های حوزه نزدیک فوق‌الذکر نیز مقایسه صورت پذیرفته است.  سپس با تحلیل تاریخچه زمانی نمونه‌های سازه­ای یک و پنج‌طبقه با میرایی­های یک، پنج و ده درصد تحت شتاب‌های زمین ناشی از انفجارها و زلزله‌های مذکور، تأثیرات تغییر ارتفاع و میرایی سازه بر پاسخ­ سازه­ای و تفاوت این تأثیرات در زلزله و انفجار موردمطالعه قرار گرفته است. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که مقادیر ماکزیمم جابه‌جایی و شتاب میدان آزاد و طیف پاسخ جابه‌جایی سازه ناشی از انفجار در خاک سخت بسیار بزرگ‌تر از مقادیر مربوط به خاک نرم است. همچنین بار انفجار مدفون حالت ضربه­ای بسیار شدیدتری به نسبت زلزله حوزه نزدیک دارد و انرژی اصلی بار انفجار در سیکل اول وارد می‌شود. به‌علاوه، سازه در مواجهه با بار انفجار مدفون با یک پاسخ ضربه‌ای شدید و بسیار کوتاه­مدت مواجه و بعد از آن وارد مرحله ارتعاش آزاد می­شود، اما در برابر بار زلزله حوزه نزدیک به نسبت بار انفجار مدفون دارای سیکل­های ارتعاشی بیشتر و پریودهای بزرگ‌تر ارتعاش است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Smiley face

https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

   [1]      Ohno, T. “Study on Structural Response to Explosion of Explosives and Blast Resistance Design”; National Defense Academy of Japan, 2008.
   [2]      De, A.; Zimmie, T. F.; Abdoun, T.; Tessari, A. “Physical Modeling of Explosive Effects on Tunnels”; Geotech Test J; 2010, 30, 5, 427-431.
   [3]      Ishikawa, N.; Beppu, M. “Lessons from Past Explosive Tests on Protective Structures in Japan”; Int J Impact Eng; 2006, 34, 1535–1545.
   [4]      Gui, M. W.; Chien, M. C. “Blast Resistant Analysis for a Tunnel Passing Beneath Taipei Shongsan Airport-a Parametric Study”; Geotechnical and Geological Engineering; 2004, 24, 227–248.
   [5]      Nagy, N. M.; Eltehawy, E. A.; Elhanafy, H. M.; Eldesouky, A.   “Numerical Modeling of Geometrical Analysis for Underground Structures”; 13th International Conference on Aerospace Sciences & Aviation Technology; ASAT- 13, Egypt, 2009.
   [6]      Nagy, N. M.; Mohamed, M.; Boot, J.C. “Nonlinear Numerical Modelling for the Effects of Surface Explosions on Buried Reinforced Concrete Structures”; Geomech Eng; 2010, 2, 1, 1-18.
   [7]      Lu, Y.; Wang, Zh.; Chong, K. “A Comparative Study of Buried Structure in Soil Subjected to Blast Load Using 2D and 3D Numerical Simulations”; Soil Dyn Earthq Eng; 2005, 25, 275–288.
   [8]      Hayes, J. R. “Earthquacke Resistance & Blast Resistance: a Structural Comparison”; 13th World Conference on Earthquake Engineering, 2004.
   [9]      Bettina, P.; Allmann, Peter M. “Shearer and Egill Hauksson, Spectral Discrimination between Quarry Blasts and Earthquakes in Southern California”; Bulletin of the Seismological Society of America; Vol. 98, 2008.
[10]      Taghavi Parsa, M. H.; Geravand, A. “Investigating the Destructive Effect of Explosions at Different Distances on Concrete Retaining Walls” , Advanced Defence Sci Technol. 2020, 4, 369-382. 
[11]      Peyman,S.; Ebrahimzade,A. “Numerical Investigation of the Effect of Geometry on the Energy Absorption Rate of Sandwich Panels under Blast Loading”, Advanced Defence Sci Technol. 2020, 4, 347-355.  
[12]      Hosseini, S. A.; Foroughi,A.; Peymani Forushani, S., “Assessment of Response and Stiffness of Two-way Reinforced Concrete Slab Against Explosion Using Genetic Algorithm and Response Surface Method”, Advanced Defence Sci.& Technol., 2023, 4, 239-249.
[13]      Hoseini, A.; Najafi,M.H., “Parametric Analysis of Reinforced Concrete Beams Under Blast Load” Advanced Defence Sci.& Technol., 2023, 4, 1-10.
[14]      Smith, P. D.; Hetherington, J. G. “Blast & Ballistic Loading of Structures”; Butterworth-Heinemann Ltd Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 80P, 1994.
[15]      TM-5-855-1. “Fundamental of Protective Design for Conventional Weapons”, US Army Engineer Waterways Experiment Station, 1984.
[16]      Abaqus 6.14-1, Analysis User`s Manual, 2014.
[17]      Li-Yun Fu; Ru-Shan Wu. “Infinite Element Based Absorbing Boundary Technique for Elastic Wave Modeling”; Geophysics; 2000, 65(2): 596.
[18]      Eshiet, K.; Sheng, Y. “Influence of Rock Failure Behavior on Prediction in Sand Production Problem”; Environ Earth Sci; 2013, 70, 1339-1365.
[19]      Stewart, J.P.; Chiou, Sh.-J.; Bray, J.D.; Graves, R.W.; Somerville, P.G.; Abrahamson, N.A. “Ground Motion Evaluation Procedures for Performance-Based Design”; Pacific Earthquake Engineering Research Center College of Engineering University of California; Berkeley, PEER Report 2001/09. 
[20]      Li, Sh. “Effect of Near-Fault Pulse-Like Ground Motions on Reinforced Concrete Frame Structures”; Harbin Institute of Technology; 31-33 (in Chinese). 2005.
[21]      Pacific Earthquake Engineering Research Center; Peer Strong Ground Motion Database; www.peer.berkeley.edu .
[22]      Standard No. 2800; “Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings”; 4th Edition, Road Housing & Urban Development Research Center.
[23]      Etabs 9.7.4 Documentation User`s Guide