مقاوم‌سازی ستون‌های بتنی پایه پل در برابر بارگذاری انفجاری و مقایسه روش‌های مختلف مقاوم‌سازی

حسنوند, پویا; حسینی, مجتبی

مقاوم‌سازی ستون‌های بتنی پایه پل در برابر بارگذاری انفجاری و مقایسه روش‌های مختلف مقاوم‌سازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دکتری تخصصی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

² دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه لرستان، لرستان، ایران

چکیده

طراحی اعضایی که تحت بار انفجاری قرار میگیرند بعد از جنگ جهانی دوم مورد توجه دانشمندان قرار گرفت. تحقیقات گستردهای در پنجاه سال اخیر بر روی رفتار سازهها در برابر بار انفجار و عکسالعمل آنها صورت پذیرفته است. با توجه به‌ شدت و بزرگی بارهای انفجاری انجام مناسبترین طرح به لحاظ اقتصادی و ایمنی برای یک سازه مهم است. در صورتی که طراحی به درستی و با انتخاب معیار مناسب صورت نگیرد، ممکن است هزینههای گزافی را برای اجرای یک سازه تحمیل کند. نوع انفجار در این تحقیق، انفجار در هوای آزاد و از نوع محدود نشده سطحی است. انفجار سطحی انفجاری است که در سطح و یا فاصلهی بسیار نزدیک به زمین اتفاق میافتد. در این تحقیق به بررسی روشهای مختلف مقاوم‌سازی پایه پل‌های بتنی تحت بار انفجار پرداخته خواهد شد. روشهای مقاومسازی در نظر گرفته شده شامل تغییر آرایش میلگردهای موجود در سطح مقطع، افزایش میزان میلگرد مقطع، استفاده از میلگردهای FRP و افزایش و یا تغییرشکل هندسی سطح مقطع ستون است؛ و سپس مناسب‌ترین، اقتصادی‌ترین و ایمن‌ترین طرح مقاومسازی را برگزیده و یک الگوی مقاومسازی مناسب برای سامانه فوق‌الذکر ارائه میگردد. مدلهای سازه‌ای مورد بررسی در این تحقیق در یک سطح انفجاری یکسان (1000 کیلوگرم TNT در فاصله 3 متری از سازه) مورد بررسی قرار میگیرند. نرمافزار مورد استفاده در تحلیل مدلهای مورد بررسی نرمافزار SAP2000 است. نتایج نشان داد که بعضی از روشهای مقاومسازی مانند افزایش درصد میلگرد مقطع پاسخهای سازهای را افزایش میدهد. همچنین از بین روشهای مقاومسازی انتخابی در پژوهش، جایگزین کردن میلگردهای FRP به جای میلگردهای معمولی در ستونهای بتنی پایه پل بهعنوان مؤثرترین و بهترین روش تقویت این سازهها در برابر بارهای ناشی از انفجار است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086849.1402.14.3.3.7

عنوان مقاله [English]

Strengthening of Reinforced Concrete Bridge Columns Against Blast Loading and Comparison of Different Methods of Strengthening

نویسندگان [English]

pouya hassanvand ¹
Mojtaba Hosseini ²

¹ Lorestan University, Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, Visiting Professor

² Department of Civil Engineering, Lorestan University, Khorramabad, Iran

چکیده [English]

The design of elements under blast load came to the attention of scientists after World War II. Extensive research has been done in the last fifty years on the behavior of structures against blast loads and their reaction. Due to the intensity and magnitude of blast loads, it is important to carry out the most appropriate scheme in terms of economics and safety for a structure. If the design is not done correctly and with the right criteria selected, it may impose exorbitant costs on the execution of a structure. The type of blast in this research is blast in the open air and unrestricted surface. A surface blast is a blast that occurs at a surface or at a very close distance to the ground. In this research, different methods of strengthening the column of concrete bridges under blast load will be investigated. The considered strengthening methods include changing the arrangement of the rebars on the cross-sectional area, increasing the amount of cross-sectional rebars, using FRP rebars and increasing or changing the geometric shape of the column cross-sectional area; Then the most appropriate, economical and safest strengthening scheme is selected and a suitable strengthening model for the above system is presented. The structural models studied in this research are investigated at an identical blast level (1000 kg TNT at 3 meters from the structure). The software used in analyzing the studied models is SAP2000 software. The results showed that some strengthening methods, such as increasing the amount of cross-sectional rebars, increase structural responses. Also, among the strengthening methods selected in the research, replacing FRP rebars instead of regular rebars in the reinforced concrete bridge columns is the most effective and the best method of strengthening these structures against the blast loads.

کلیدواژه‌ها [English]

Blast
Bridge
Strengthening Scheme
Concrete Column
Safety and Performance

مراجع

[1] Hassanvand, M. Hosseini, A. R. Sarvghad Moghadam, and M. Heydari Rasoul Abadi, “Assessment Behaviour of the Concrete Flexural Frame and Shear Wall Partially Buried System under Blast Loadings,” Journal of structural and construction engineering, vol. 5, no. 1, pp. 55-70, 2018. (In Persian) 10.22065/JSCE.2017.83948.1162.
[2] US Department of the Army, “Fundamentals of Protective Design for Conventional Weapons,” TM 5-855-1, Washington DC, 1986.
[3] L. Drake, et al., “Protective Construction Design Manual. Final Report, Air Force Engineering and Services Center,” ESL-TR-87-57, November 1989.
[4] S. Army, U. S. Navy, and U. S. A. Force, “Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions,” TM5-1300, p. 1400, 1990.
[5] Unified Facilities Criteria (UFC 3-340-02), “Structure to Resist the Effects of Accidental Explosion,” U. S. Army Corps of Engineers, 2008.
[6] Rahae and A. Firouzi, “Methods of Inspection and Maintenance of Concrete Bridges,” The first conference on securing and improving structures. In Iran, 2002.
[7] B. Williamson and D. G. Winget, “Risk Management and Design of Critical Bridges for Terrorist Attacks,” J. Bridge. Eng., vol. 10, no. 1, pp. 96-106, 2005. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0702(2005)10:1(96).
[8] G. Winget, K. A. Marchand, and E. B. Williamson, “Analysis and Design of Critical Bridges Subjected to Blast Loads,” J. Struct. Eng-ASCE., vol. 131, no. 8, pp. 1243-1255, 2005. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2005)131:8(1243).
[9] Lute, A. Upadhyay, and K. K. Singh, “Genetic algorithms-based optimization of cable stayed bridges,” J. Softw. Eng. Appl., vol. 4, no. 10, pp. 571-578, 2011. 10.4236/jsea.2011.410066.
Baylot, J. Roy, and J. Hall, “Prediction Method for Response of Steel Bridge Beams and Girders to Blast and Fragment Load,” Transport Res. Rec., vol. 1827, no. 1, pp. 69-74, 2002. https://doi.org/10.3141/1827-09.
Mahdavi Sefat and M. Vatani, “Behavior of prestressed concrete bridge under blast loading,” Passive Defense Quarterly, vol. 1, no.25, pp. 1-10, 2016. (In Persian)
Pan, C. E. Ventura and M. M.S. Cheung, “Performance of highway bridges subjected to blast loads,” Eng. Struct., vol. 151, pp. 788-801, 2017. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.08.028.
D. Tetougueni, P. Zampieri, and C. Pellegrino, “Structural performance of a steel cable-stayed bridge under blast loading considering different stay patterns,” Eng. Struct., vol. 2019, 110739, 2020. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110739.
Y. H. Bangash, “Shock, impact and explosion,” Springer Berlin Heidelberg, New York, 2009.
INBC,”Loads on the Buildings,” Ministry of Housing and Urban Development, Iranian National Building Code 6, 1398. (In Persian)
Management and Planning Organization of Iran, Office of the Deputy for Technical Affairs, Bureau of Technical Affairs and Standards,” Standard Loads for Bridges: No. 139,” First revision, 1379. (In Persian)
Y. H. Bangash and T. Bangash, “Explosion-Resistant Buildings,” Springer Berlin Heidelberg, New York, 2006.