تأثير پيش‌ تنيدگي در پاسخ ديناميكي دال هاي بتني در برابر انفجار

The Effect of Prestressing on the Dynamic Response of Concrete Slabs under Blast Loading

اين پژوهش به منظور بررسي توانايي دال هاي پيش تنيده بتني در مقابل انفجار با اهداف پدافند غيرعامل به روش سازه ­اي صورت پذيرفته است. در اين تحقيق با نرم افزار اجزاي محدود آباكوس دال­ هاي يك‌ طرفه و دو طرفه بتني مدل شده ­اند و تحليل ديناميكي به روش تاريخچه زماني از نوع گام به گام صريح انجام شد. براي بتن مدل غيرخطي خرابي پلاستيك و براي فولاد و تاندون ­هاي پيش ­تنيدگي مدل خطي بكار گرفته شد. بارگذاري انفجاري به روش تجربي و با استفاده از مدل CONWEP به نمونه­ هاي دال اعمال گرديد و شرايط مرزي آزاد، مفصلي براي لبه­ هاي دال­ هاي مورد بررسي تعريف گرديد. نتايج حاصل نشان داد رفتار بتن در برابر انفجار، با پيش تنيدگي كاملاً بهبود مي ­يابد. البته مقدار بهينه پيش تنيدگي و فاصله تاندون­ ها براي بهبود رفتار دال در برابر انفجار با مدلسازي هاي بيشتر قابل محاسبه است. نتايج مدل اجزاي محدود نشان داد كه حداكثر تنش در بتن پيش تنيده به سه برابر تنش تجربه‌ شده در بتن آرمه مي­رسد. همچنين پيش ­تنيده كردن دال، خيز حداكثر را حدودcm 3 نسبت به دال بتن آرمه كاهش داد. ميتوان به‌طور قطعي گفت كه پيش تنيدگي مسيري مناسب براي بهبود رفتار دال ها در برابر انفجار در استحكامات پدافندي ضد انفجار است. نتايج حاصل از بررسي ها نشان ميدهد كه هندسه دال اعم از يك‌ طرفه يا دو طرفه بودن آن و موقعيت انفجار بر مقادير تنش و خيز ناشي از بارگذاري انفجاري تأثير دارد.

This study has been conducted to investigate the ability of prestressed concrete slabs against explosion with passive defense objectives by the structural method. In this research, one-way and two-way concrete slabs have been modeled with Abaqus finite element software. The dynamic analysis has been performed by the explicit step-by-step time history method. The non-linear plastic failure model has been used for the concrete behavior, whilst a linear model has been used for the steel and prestressed tendons. Explosive loading has been applied to the slab samples experimentally using the CONWEP model and free boundary conditions have been defined for the edges of the studied slabs. The results of the finite element model shows that the maximum stress in prestressed concrete reaches three times the stress experienced in the reinforced concrete. Also, prestressing the slab reduces the maximum deformation by about 3 cm compared to the reinforced concrete slab. The results show that the behavior of concrete against explosion is remarkably improved by prestressing. However, the optimal amount of prestressing and the distance of the tendons required to improve the slab behavior against explosion, can be calculated through more modeling. It can be said with certainty that prestressing is a good way to improve the behavior of slabs against explosion in explosion-proof defensive fortifications. The results show that the effect of slab geometry, whether it is one-way or two-way and the location of the explosion, affect the values of stress and deflection due to the explosive load.