بررسی اثر انفجار بر سازه های فضاکار گنبدی

در دنیای رقابتی امروز، انسان¬ها به دنبال حداکثر بازدهی از یک فضای محدود در دسترس خویش هستند. در این راستا با پیشرفت علوم و تکنولوژی و به وجود آمدن نیازها و خواسته¬های جدید در زمینه مهندسی سازه، عامل زمان اهمیت بیشتری یافته و باعث روی آوردن هر چه بیشتر مهندسان سازه به قابلیت¬های منحصر بفرد سازه¬های فضاکار گردیده است. گنبدها که از جمله سیستم¬های سازه فضاکار می¬باشند از پیچیدگی سازه¬ای خاصی برخوردارند و تاکنون مقاومت چشمگیری در برابر زلزله¬های مخرب از خود بروز داده¬اند ولی با توجه به سبک وزنی آنها رفتارشان در مقابل انفجار هنوز تا حدود زیادی ناشناخته است. از طرفی با توجه به گسترش ناخوشایند تروریسم و تهدید زندگی انسان¬ها بواسطه انفجارهای مختلف، تحلیل و طراحی انفجاری سازه¬ها، دیگر نه یک محافظه¬کاری هزینه¬بر، که یک ضرورت بشمار می¬رود. سازه¬های دارای اشکال مختلف، رفتارهای متفاوتی در برابر موج ناشی از انفجار از خود نشان می¬دهند و درک صحیح عملکرد سازه در برابر انفجار می¬تواند در طراحی سازه مفید و موثر واقع شود؛ از اینرو تحلیل گنبدهای فضاکار در مقابل بارهای ناشی از موج انفجاری ضروری به نظر می¬رسد. در این پژوهش در ابتدا به معرفی مختصر سازه¬های فضاکار، خصوصیات و روش¬های اجرای آن پرداخته شده است سپس در مورد روش¬های مدل¬سازی بار ناشی از موج انفجار و تئوری¬های مربوط به آن بحث شده است و با استفاده از مفاهیم آن روش مناسب برای معادل-سازی و مدل¬سازی بار ناشی از موج انفجار پیشنهاد گردیده است؛ همچنین در این پژوهش به مروری بر پژوهش¬های انجام شده در زمینه سازه¬های فضاکار و نیز بارهای انفجاری پرداخته شده است. سپس به بررسی رفتار عملکردی شش مدل گنبد تک لایه اشودلر با دهانه ثابت 40 متر و نسبت¬های ارتفاع به دهانه 1/5 ، 1/6 ، 1/7 ، 1/8، 1/9 و 1/10 تحت یک انفجار هوایی در فاصله¬ای ثابت نسبت به گنبد پرداخته شده است. شبیه¬سازی موج ناشی از انفجار و انجام تحلیل¬های انفجاری به کمک نرم¬افزار اجزاء محدود آباکوس انجام شده است. برای هر گنبد نواحی بحرانی شناسایی و معرفی گردیده و نتایج بدست آمده از تحلیل، در قالب نمودارهای تغییرمکان، تنش و انرژی درسازه مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است؛ تا نهایتا حالت بهینه¬ای که بیشترین مقاومت و عملکرد بهینه را در برابر بارگذاری ناشی از انفجار دارا می-باشد، بدست آید. در بخش دیگری از پژوهش به بررسی پایداری گنبد تک ¬لایه اشودلر تحت بارگذاری انفجار هوایی از 1 تا 30 کیلوگرم tnt پرداحته شده است؛ و گنبد را از لحاظ رخداد پدیده فروجهش گرهی، موضعی و کلی مورد بحث و مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می¬دهند که گنبدهای تک¬لایه اشودلر تحت اثر موج ناشی از بارگذاری انفجاری، وارد ناحیه غیرخطی رفتار خود می¬شوند و سعی در نگه داشتن این گنبدها در ناحیه الاستیک در واقع امری غیر¬اقتصادی و غیرفنی می¬باشد، اما می¬توان با بکارگیری تمهیداتی مقدار ورود به ناحیه پلاستیک را در این گنبدها کنترل نمود. نسبت ارتفاع به دهانه پارامتر موثری است که می¬توان برای بهبود رفتار گنبد در برابر بارگذاری انفجاری استفاده کرد، بطوری که با کاهش نسبت ارتفاع به دهانه در یک دهانه ثابت در گنبدی با اعضا و مصالح یکسان، تا زمانی که پایداری گنبد به مخاطره نیفتد، شاهد بهبود عملکرد و نیز مقاومت گنبد در برابر موج ناشی از انفجار می¬باشیم. از میان نسبت¬های مورد بررسی، نسبت 1/7 بهترین عملکرد و مقاومت را در برابر موج ناشی از انفجار دارا می¬باشد.