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

صدیقی, امیرحسین; دهقانی اشکذری, قاسم

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

20.1001.1.26762935.1402.14.3.5.9

موضوعات

عمران- زلزله

عنوان مقاله [English]

Study of Buried Blast Load Compared with Near-field Earthquake & Effect of Damping & Structural Height

نویسندگان [English]

Amir hosein sedighi ¹
Ghasem dehghani ashkezari ²

¹ Master's degree, Malik Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

² Assistant Professor, Malik Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.

چکیده [English]

The blast load is an impact load with a short duration and a very high maximum pressure, so it is predictable that the dominant frequencies of ground motion (that released from buried blast) will be at high levels. For consideration of buried blast load, we simulated these phenomena with different amounts of TNT explosion and depths from the semi-infinite environment of two types of hard and soft with Abaqus software, we also recorded time history parameters of blast in free field. For consideration of near-field earthquake loading we used accelerogram records of some earthquakes. By taking the acceleration records of explosive models and having record of earthquakes and obtaining the structural response spectrum a comparison between different models of buried blast and near-field earthquake records has been made. Then, by time history analysis of the one & five-story structural models with different percents damping achieved of blast and earthquake records, the structural responses have been studied and compared considering the height and damping parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

Buried Blast
Near-Field Earthquake
Time History Analysis
Damping
Abaqus

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

مراجع

[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