شبيه‌سازي عددي پانل‌هاي بتني مسلح با الياف، با عملكرد بالا، در برابر بارهاي انفجار زير آب

Numerical simulation of ultra high performance fibre reinforced concrete panels subjected to underwater blast loading

انفجار زير آب يكي از پديده‌هاي مخرب سازه‌هاي دريايي و ساحلي مي‌باشد بنابراين طراحي اين گونه سازه‌ها در برابر بار انفجار از اهميت بسزايي برخوردار است. از اين رو پژوهش حاضر به بررسي و مقايسه عملكرد بتن‌هاي اليافي در مقابل بارگذاري انفجار در هوا و زير آب پرداخته است. بدين منظور در اين پژوهش يك بررسي عددي از عملكرد بتن‌هاي اليافي تحت بارگذاري انفجار با در نظر گرفتن اثر نرخ كرنش، انجام شده است. در اين راستا از مدل‌هاي عددي براي انفجار در هوا به دو روش تابع انفجار كان‌وپ و روش لاگرانژي-اويلري دلخواه استفاده شد و سپس نتايج آن با نتايج داده‌ها از آزمون انفجار در مقياس واقعي مقايسه شده است. همچنين براي انفجار زير آب كه از مدلسازي به روش لاگرانژي-اويلري دلخواه انجام شده از روش سيستم تك درجه آزادي جهت صحت سنجي استفاده گرديده است. نتايج جابجايي‌ پانل‌ها بدست آمده از پژوهش نشان دهنده اختلاف كمتر از 13/3 درصد بين روش‌هاي مدلسازي عددي كان‌وپ، لاگرانژي-اويلري، سيستم تك درجه آزادي و نتايج آزمايشگاهي است. علاوه بر اين، نتايج بيانگر جابجايي بيشتر بتن‌هاي اليافي تا حدود 74 ميلي متر و خسارت مخرب‌تر پانل بتني براي انفجار زير آب نسبت به انفجار در هوا و همچنين تاثير مستقيم حجم ميلگرد مصرفي نسبت به درصد الياف مي‌باشد.

Underwater blast is a destructive phenomenon for offshore and onshore structures, so it is highly important to design these structures to bear explosive loads. This study has evaluated the performance of fiber reinforced concretes against air blast and underwater blast loadings. For this puropse, the performance of fiber reinforced concretes against explosive loading was analyzed while including the strain rate effect. In this way, two numerical models CONWEP explosion function and arbitrary Euler–Lagrange method were used for air blast, and results were then compared with data from full-scale blast test. A single degree of freedom system was used to validate data for underwater blast obtained through the arbitrary Euler–Lagrange method. Panels displacement results showed that the CONWEP, Euler–Lagrange and single degree of freedom system numerical modeling methods had a difference smaller than 13.3% with experimental results. Additionally, results showed underwater blast led to larger displacements in reinforced concretes up to about 74 mm and more destructive damages to concrete panels than air blast. The amount of rebars had a direct contribution compared to the fiber percentage.