طراحی بر اساس انهدام پیشرونده
اولین رویکرد در مقابله با انفجار بهبود مشخصات مکانیکی مصالح و ارتقاء آنها است. با استفاده از این روش مقاومت سازه افزایش مییابد اما اگر این رویکرد نتواند از تخریب المانها جلوگیری کند، با پذیرش این تخریب اولیه، میتوان از روش دیگری به نام «طراحی بر اساس انهدام پیشرونده» استفاده نمود. در این روش وقوع تخریب اجتنابناپذیر تلقی شده و با پذیرش این ضعف از انتقال اثرات خرابی به سایر بخشهای ساختمان جلوگیری میشود.
اهمیت انهدام پیشرونده
یکی از تأثیرات مهم انفجار بر سازه، انهدام پیشرونده است. انهدام پیشرونده، گسترش شکست موضعی از عضوی به عضو دیگر است که به فروریزش کل سازه یا بخش بزرگی از آن منجر میشود. نیروهای ناشی از انفجار معمولا بیشترین انرژی خود را در بخشهای بیرونی و قسمتهایی از سازه که در مجاورت انفجار قرار دارند، مستهلک میکنند. به همین دلیل، باید اثرات حذف یا تخریب المانهایی از سازه که بیشتر در معرض خطر هستند، بررسی گردد.
شبیهسازی انهدام پیشرونده
برای شبیهسازی و تحلیل انهدام پیشرونده چندین روش در مقالات و آییننامههای بینالمللی پیشنهاد شده است که در این بخش از دانشنامه به بررسی مهمترین آنها، روشهای شبیهسازی عددی، روش مسیر جایگزین و روش پیشنهادی که به عنوان اصلاحی بر روش مسیر جایگزین مطرح گردیده، پرداخته شده است.
الف) شبیهسازی عددی مستقیم:
در این روش بارهای ناشی از انفجار به طور مستقیم بر روی سازه اعمال میشود. این روش نتایج معتبر و قابل قبولی تولید میکند ولی روشی بسیار زمانبر و پیچیده است که نیاز به دانش تخصصی دارد. برای شبیهسازی عددی مستقیم از نرمافزارهایی همچونLS-DYNA ، AUTODYNو ABAQUS میتوان استفاده کرد.
شکل 1 - شبیهسازی نرمافزاری
شکل 2 - حادثه رونان پوینت در انگلستان
ب) روش مسیر جایگزین:
در این روش تحلیلی، ابتدا المانهای اصلی سازه که احتمال میرود تحت تأثیر مستقیم نیروهای ناشی از انفجار قرار گیرند، از مدل حذف میشوند و سپس، شرایط و پایداری سازه بدون در نظر گرفتن مشارکت این المانها مورد ارزیابی قرار میگیرد. با این حال، این رویکرد که مبتنی بر سادهسازی است، چندین عامل حیاتی را که در فرآیند واقعی تخریب نقش دارند، لحاظ نمیکند؛ این عوامل عبارتند از: آسیبهای اولیۀ ناشی از موج انفجار، اثرات متقابلی که تخریب المانهای حذفشده بر رفتار و باربری سایر اجزای سازه بر جای میگذارد، و همچنین فرآیند دینامیکیِ انهدام المانهای مذکور و اعمال نیروی ناشی از برخورد آنها به سازه، پدیدهای که خود موجب جابهجایی در کل سیستم سازهای میشود.
شکل 3 - موقعیت ستونهای خارجی که برای تحلیل باید حذف شوند.
شکل 4 - موقعیت ستونهای داخلی که برای تحلیل باید در طبقه پارکینگ حذف شوند.
ج) روش پیشنهادی:
در این روش که دقتی بیشتر از روش مسیر جایگزین دارد، ابتدا، مکان و میزان ماده منفجرهی لازم برای تخریب المانهای هدف، بر اساس نمودار فشار-ضربه ارائه شده (شکل ۵) یا استفاده از سایر مراجع معتبر تعیین میشود. پس از آن، تأثیر انفجار بر سایر المانها بررسی، جابهجایی و متناسب با آن خرابی المانها با استفاده از مدلی با یک درجه آزادی تحلیل میشود. این آسیبها از طریق کاهش مشخصات مکانیکی مصالح، در مدلسازی لحاظ میگردد. در نهایت، المانهای کاملا تخریبشده از مدل حذف و تحلیل دینامیکی نهایی با اعمال اثرات مربوط به آسیبها و شرایط اولیهی مذکور بر روی سازه انجام میگیرد.
شکل 5 - نمودار P-I))
جمعبندی
نادیده گرفتن آسیب و شرایط اولیه در تحلیلهای فروریزش پیشرونده، به ارزیابی خوشبینانهای از ظرفیت باربری المانهای سازهای منجر میشود. روش پیشنهادی، با افزودن چند مرحله به روشهای پیشین، نتایجی قابل اعتمادتر و نزدیک به شبیهسازیهای پیچیده و مستقیم ارائه میدهد، در حالی که از نظر محاسباتی بسیار سادهتر است.
شکل 6 - فروریزش پیشرونده