بررسی روابط تجربی تخمین ظرفیت محوری پسماند ستون‌های بتن مسلح آسیب‌دیده تحت اثر انفجار

ملائی, سمیه

بررسی روابط تجربی تخمین ظرفیت محوری پسماند ستون‌های بتن مسلح آسیب‌دیده تحت اثر انفجار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

سمیه ملائی

استادیار گروه مهندسی عمران دانشگاه بناب

چکیده

در ساختمانهای بتن مسلح همواره ستونهای سازهای نقش کلیدی دارند. در اثر وقوع انفجار تصادفی یا عمدی در خارج از ساختمان، ممکن است ستونهای طبقات همکف و اول این ساختمانها دچار آسیب مستقیم شده و پدیده تخریب پیشرونده در ساختمان روی دهد. زیان‌های مالی و جانی تخریب پیش‌رونده به مراتب بیشتر از اثر مستقیم خود انفجار در ساختمان است. میزان ظرفیت محوری پسماند ستونها پس از تجربه بارگذاری انفجار معیار خوبی در ارزیابی رفتار ستونهای بتن مسلح تحت انفجار بوده و تصمیمگیری مبنی بر لزوم مقاومسازی و نحوه ترمیم این ستونها را ساده‌تر می‌سازد. در این مقاله، به بررسی روابط تجربی تخمین ظرفیت محوری پسماند ستونهای بتن مسلح بعد از تجربه بارگذاری انفجار جانبی پرداخته شده است. در ابتدا، ظرفیت پسماند تعدادی مدل ستون بتن مسلح با مقطع مربعی با استفاده از تحلیل اجزای محدود صریح در هیدروکد تخصصی LS-DYNA تعیین شده است. سپس، روابط تجربی موجود جهت تخمین ظرفیت محوری پسماند ستونهای بتن مسلح تحت اثر انفجار به‌کار رفته است. در اینجا، سه رابطه شامل روابط پیشنهادی توسط بائو و لی (2010)، وو و همکاران (2010) و آرلری و همکاران (2013) مورد بررسی قرارگرفته است. در نهایت، نتایج تحلیل اجزای محدود با تخمینهای این روابط در تعیین ظرفیت محوری پسماند ستونها مقایسه شده است. با تغییر بار محوری اولیه در ستون و سناریوی بارگذاری انفجار، تخمین‌های حاصل از روابط تجربی با نتایج تحلیل اجزای محدود مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086849.1398.10.4.4.2

عنوان مقاله [English]

Investigation on Relations Available for Residual Axial Resistance Estimation of Reinforced Concrete Columns under Blast Loading

نویسنده [English]

S. Mollaei

Assistant professor, Civil Engineering, University ob Bonab

چکیده [English]

Reinforced concrete structures may be affected by different blast loadings during their service life. External columns are the key load bearing structural elements in those structures. Under the effect of external blast loading, external columns of the ground and first floors may experience severe damage which can cause progressive collapse of the whole building frame. Among the variety of different factors that can affect blast response of structural components, residual resistance of the component is an important factor. Residual axial load bearing capacity of the reinforced concrete (RC) columns after the effect of lateral blast loading, could be a suitable criterion for damage assessment of columns. It is essential to determine whether the column has to be replaced or repaired after the blast event near the building. Therefore, residual axial capacity of the column could be very helpful. In this paper, residual axial strength of some square RC columns under the effect of constant initial axial force and lateral blast loading is studied. Explicit finite element hydro-code LS-DYNA is used to analyze the considered RC column models and determine their residual strength after the experience of blast loading. In current literature, there are some suggested equations for estimating residual axial capacity of blast damaged RC columns which have been introduced by executing experimental blast tests. With respect to complexity, limitations and high costs of laboratory and experimental researches in this field, analytical studies and software simulations can be good alternatives to experimental methods. Accordingly, in this paper, some of available equations are used to predict residual strength of the considered RC columns. Afterward, FEM results are compared to the estimations of these equations for RC columns with different levels of initial axial force under different range of lateral blast loading. Residual axial strength of the damaged column is compared to an undamaged one and estimated residual axial capacities are compared.

کلیدواژه‌ها [English]

blast loading
RC column
residual axial resistance
empirical equations
LS-DYNA Software

مراجع

اسماعیل‌نیاعمران، محمد، ملایی، سمیه، تخمین پاسخ ستون های بتن مسلح تحت بارگذاری انفجار، فصلنامه علمی-ترویجی پدافند غیرعامل، شماره 32، صفحات 22-13، 1396.##
کورمی، دیوید، میس، جفری، اسمیت، پیتر، اثرات انفجار بر سازه‌های ساختمانی، ترجمه: سمیه ملایی، محمد اسماعیل‌نیا‌عمران، تهران، انتشارات آرنا‏‫، ۱۳۹۵. ##
1. M. Arlery, A. Rouquand, and S. Chhim, “Numerical Dynamic Simulations for the Prediction of Damage and Loss of Capacity of RC Column Subjected to Contact Detonations,” 8th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures (FraMCoS-8), Toledo (Spain), 2013.##
2. Y. Shi, H. Hao, and Z.X. Li, “Numerical Derivation of Pressure-Impulse Diagrams for Prediction of RC Column Damage to Blast Load,” International Journal of Impact Engineering, vol. 35, pp. 1213-27, 2008. ##
3. B. Li, A. Nair, and Q. A. M. Kai, “Residual Axial Capacity of Reinforced Concrete Columns with Simulated Blast Damage,” Journal of Performance of Constructed Facilities, vol. 26, no. 3, pp. 287-299, 2012. ##
4. X. Bao and B. Li, “Residual Strength of Blast Damaged Reinforced Concrete Columns,” International Journal of Impact Engineering, vol. 37, no. 3, pp. 295-308, 2010. ##
5. A. Tasai, “Residual Axial Capacity and Restorability of Reinforced Concrete Columns Damaged Due to Earthquake,” Technical report, Pacific Earthquake Engineering Research Centre (PEER), vol. 10, pp. 191–202, 1999. ##
6. K. C. Wu, B. Li, and K. C. Tsai, “Residual Axial Compression Capacity of Localized Blast-Damaged RC Columns,” International Journal of Impact Engineering, vol. 38, pp. 29-40, 2011. ##
7. ACI 318 Committee, “Building code requirements for structural concrete and Commentary (318-11),” Farmington Hills, American Concrete Institute, pp. 153-157, 2011. ##
دفتر مقررات ملی ساختمان، مبحث21 مقررات ملی ساختمان ایران: پدافند غیرعامل، تهران، نشر توسعه ایران، 1391. ##
1. J. Krebs and P. Ho, “Introduction to LS-PrePost 3.2,” Livermore Software Technology Corporation, Workshop, 2012.##
2. LS-DYNA support, Livemore, CA, May 2015 <http://www.dynasupport.com/manuals/additional/ls-pre-post-v3.2-manual/view>. ##
3. LSTC, “LS-DYNA Keyword User’s Manual, vol. 1,” Livermore Software Technology Corporation, California, Livermore, 2015. ##
4. LSTC, “LS-DYNA Theory Manual,” Livermore Software Technology Corporation, California, Livermore, 2015. ##
5. LSTC, “LS-DYNA Keyword User’s Manual, vol. 2: Material Models,” Livermore Software Technology Corporation, California, Livermore, 2015. ##
6. L. Schwer, and L. J. Malvar, “Simplified Concrete Modeling with Mat_Concete_Damage_ Rel3,” JRI LS-Dyna User Week, Nagoya, 2005. ##
7. L. J. Malvar, J. E. Crawford, J. W. Wesevich, and D. Simons, “A Plasticity Concrete Material Model for DYNA3D,” International Journal of Impact Engineering, vol. 19, no. 9, pp. 847–873, 1997. ##
8. W. F. Chen, “Plasticity in Reinforced Concrete,” New York, J. ROSS, 2007. ##
9. Federal Institute of Technology, “Model Code 2010, First Complete Draft, vol. 1: fib Bulletin 55,” Switzerland: fib, 2010. ##
10. L. J. Malvar and J. E. Crawford, “Dynamic Increase Factors for Concrete,” 28th DDESB Seminar, Orlando, 1998. ##
11. G. R. Cowper and P. S. Symonds, “Strain Hardening and Strain Rate Effects in the Impact Loading of Cantilever Beams,” Brown Universuty, Applied Mathematics Report, p. 28, 1958.##
12. S. Hong Tan, J. Koon Poon, R. Chan, and D. Chng, “Retrofitting of Reinforced Concrete Beam-Column via Steel Jackets against Close-in Detonation,” 12th International LS-DYNA Users Conference, Michigan, 2012. ##
13. M. Esameelniaomran, and S. Mollaei, “Investigation of Axial Strengthened Reinforced Concrete Columns under Lateral Blast Loading,” Shock and Vibration, vol. 2017, pp. 94-113, 2017.##