یک روش جدید برای تحلیل خرابی پیش رونده در قابهای فولادی
چکیده
زمانی که یک انفجار بزرگ در داخل ساختمان اتفاق می‌افتد، تعدادی از اعضای سازه‌ای (ستونها، تیرها، دال ها و غیره) آسیب می‌بینند یا کلا تخریب میشوند که در کنار شرایط اولیه غیر صفر (جابجایی، سرعت، شتاب و غیره)، خرابی پیش رونده سازه های ساختمانی بسیار محتمل است. با این حال تحقیقات محدودی در مورد تاثیر بار انفجار بر اعضای سازه ای در ساختمان، وجود دارد و با توجه به این مساله، بر اساس یک مدل زیرساختاری، روشی جدید برای بررسی خرابی پیش رونده در قابهای فولادی تحت اثر بار انفجار ارائه شد. در ابتدا سناریوی انفجار گسترده در داخل ساختمان معرفی سپس مدل زیرساختاری در نواحی تاثیر پذیر از اثرات انفجار ایجاد میگردد، بعد از آن روش محاسبه ای برای شرایط غیر صفر و آسیب اولیه در اعضای سازه ای ارائه و در آخر مراحل خاص این روش پیشنهادی تشریح می‌شود. به عنوان مثال یک قاب فولادی دارای 5 طبقه در ارتفاع، 4 دهانه در طول محور طولی و 3 دهانه در طول محور عرضی، به ترتیب، با استفاده از روش شبیه سازی مستقیم، روش بار متناوب و روش ارائه شده جهت بررسی خرابی پیش رونده شبیه سازی شد. بواسطه تجزیه و تحلیل نمونه، مشخص شد که نمی‌توان تاثیر بار انفجار در طبقه همکف را نادیده گرفت اما در طبقات دیگر بواسطه دالهای بتن آرمه این امر ممکن است. شرایط اولیه غیر صفر و آسیب اولیه اعضای سازه ای بخوبی با استفاده از مدل زیر ساختاری قابل پیش بینی است و مدل پیشنهاد شده دقیق و قابل اعتماد است.
1.مقدمه
در سال های اخیر با افزایش شدید جمعیت شهری و کمبود منابع زمین، قیمت زمینها بصورت شارپی در حال افزایش است که چشم اندازی وسیع و پتانسیل نامحدودی از بازار ساختمان‌های بسیار بلند در حال تکثیر، را فراهم می‌سازد. ساختمان های شهری بلند مرتبه و ساختمان های چند کاربره بسیار بزرگ دائما در حال پدیدار شدن و توسعه به سمت مقیاس های بزرگ، تنوع و پیچیدگی زیاد هستند. در طی عمر طولانی، سازه های ساختمانی ممکن است با حوادث غیر مترقبه زیادی مانند یک زمین لرزه بسیار نادر، برخورد یک وسیله یا هواپیما، انفجار گاز، بمباران، خطاهای انسانی، آتش سوزی و غیره رو برو شوند. که این موارد خطر بالقوه غیر قابل انکاری برای ساختمان‌ها بوجود می‌آورد.
7. نتیجه گیری
هنگامی که انفجار حجیم در داخل ساختمان رخ میدهد، تعدادی از اعضای سازه ای دچار آسیب یا خرابی کلی میشوند در کنار شرایط اولیه غیر صفر. با توجه به این مشکل، این مقاله یک روش جدید برای تجزیه و تحلیل خرابی پیش رونده در قابهای فولادی تحت تاثیر بار انفجار ارائه میدهد.
به عنوان مثال یک قاب فولادی دارای 5 طبقه در ارتفاع، 4 دهانه در طول محور طولی و 3 دهانه در طول محور عرضی، به ترتیب روش شبیه سازی مستقیم، روش بار متناوب و روش پیشنهادی برای شبیه سازی فرآیند خرابی پیش رونده استفاده شدند. بواسطه تحلیل های نمونه، ثابت شد که تاثیر بار انفجار بر اعضای سازه ای، در طبقه همکف قابل چشم پوشی نیست، ولی در سایر طبقات بواسطه وجود دال بتن آرمه میتوان از آن چشم پوشی کرد. شرایط اولیه غیر صفر و آسیب اولیه در اعضای سازه بخوبی با مدل زیر ساختاری قابل پیش بینی است، روش پیشنهادی نیز معتبر و قابل پیش بینی است.
Abstract
As a massive explosion happens inside a building, a number of structural members (columns, beams, slabs and so on) are damaged or failed, along side with non-zero initial conditions (displacement, velocity, acceleration and so on), and the progressive collapse of the building structures is most likely to occur. However, limited research works about blast load effect of structural members inside a building can be found. In view of this, based on the substructure model, a new method for progressive collapse analysis of steel frames under blast load is proposed. First, the massive explosion scenario inside a building is introduced. Then, the substructure model within effective areas of blast influence is established. After that, the calculation method of non-zero initial conditions and initial damage for structural members is given, and finally the specific steps of the proposed method are described. By way of example of a steel frame with 5 stories in height, 4 bays in the longitudinal direction, 3 bays in the transverse direction, direct simulation method, alternative load path method and proposed method are all employed to simulate the progressive collapse process, respectively. Through the example analyses, it is shown that blast load effect of structural members cannot be ignored on the ground floor, and it can be ignored on the other floors by the effect of the reinforced concrete slab. The non-zero initial conditions and initial damage of structural members can be predicted well by the substructure model, and the proposed method is also reliable and accurate.
1. Introduction
In recent years, with the soaring urban population and the tightening supplies of land resources, land prices are rising sharply, which provides a vast development prospect and an infinite market potential for mushroom development of super-tall buildings. High-rise civil buildings and large-scale mixed-use buildings are constantly emerging, and developing towards large-scale, complexity and diversification. In the long service life, the building structures may encounter different types of accidental disasters, such as an extremely rare earthquake, vehicle or aircraft impact, gas explosion, bomb attack, human error, fire and so on. It brings indelible potential risk to the building structures.
7. Conclusion
When a massive explosion happens inside a building, a number of structural members are damaged or failed, along side with non-zero initial conditions. Aiming at this problem, this paper presents a new method for progressive collapse analysis of steel frames under blast load.
By way of example of a steel frame with 5 stories in height, 4 bays in the longitudinal direction, 3 bays in the transverse direction, direct simulation method, alternative load path method and proposed method are used to simulate the progressive collapse process, respectively. Through the example analyses, it is shown that blast load effect of the structural members cannot be ignored on the ground floor, and it can be ignored on the other floors by the effect of the reinforced concrete slab. The non-zero initial conditions and initial damage of the structural members can be predicted well by the substructure model, the proposed method is also reliable and accurate.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1.مقدمه
2.مدل المان محدود برای قاب فولادی
2.1 نمونه اولیه ساختمان
2.2. مدل المان محدود
3. ارزیابی مدل المان محدود
4. انفجار حجیم در داخل ساختمان
5. مقایسه روشهای آنالیز خرابی پیش رونده موجود
5. 1. روش شبیه سازی مستقیم
5. 2. روش مسیر بار متناوب
5. 2. 1. سناریوی حذف یک ستون
5. 2. 2. سناریوی حذف هشت ستون
6. روش زیر ساختاری
6. 1. روش زیر ساختاری پیشنهاد شده
6. 1. 1. تاثیر بار انفجار
6. 1. 1. 1. شرایط اولیه غیر صفر
6. 1. 1. 2. آسیب اولیه
6. 1. 2. بار انفجار
6. 2. گام های اساسی مدل زیر ساختاری
6. 3. اعتبار سنجی مدل زیر ساختاری
6. 3. 1. مقایسه مودهای شکست
6. 3. 2. مقایسه تاثیر بار انفجار
6. 3. 3. مقایسه ویژگی های پاسخ دینامیکی
6. 3. 3. 1. ویژگی های پاسخ دینامیکی سازه باقی مانده
6. 3. 3. 2. تنش محوری قاب ستون
6. 3. 3. 3. نیروی واکنش کل
7. نتیجه گیری
منابع
Abstract
1. Introduction
2. Finite element model of steel frame
2.1. Prototype building
2.2. Finite element model
3. Finite element model validation
4. Massive explosion scenario inside a building
5. Comparison of the existing analytical methods about progressive collapse
5.1. Direct simulation method
5.2. Alternative load path method
5.2.2. Eight column-removal scenario
6. Substructure method
6.1. Proposed substructure method
6.1.1. Blast load effect
6.1.1.1. Non-zero initial conditions
6.1.1.2. Initial damage
6.1.2. Blast load
6.2. Basic steps of substructure method
6.3. Validation of substructure method
6.3.1. Comparison of failure modes
6.3.2. Comparison of blast load effect
6.3.3. Comparison of dynamic response characteristics
6.3.3.1. Dynamic response characteristics of remaining structure
6.3.3.2. Axial stress of frame column
6.3.3.3. Total reaction force
7. Conclusion
References
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه