انفجار

انفجار آزادسازی سریع انرژی پتانسیل به همراه نور، جرقه و صدا می‌باشد. موقعیت محلی که انفجار روی می‌دهد رفتار موج­ های ایجاد شده را مشخص می‌کند. در صورتی که انفجار در هوا روی بدهد سبب ایجاد موج­ های کروی می‌شود که از نقطه انفجار پراکنده می‌شوند. انفجار روی زمین به عنوان انفجار سطحی شناخته می‌شود. در انفجارهای سطحی موج ابتدایی با توجه به بازتاب موج توسط زمین تقویت می‌شود که سبب انتشار امواج انفجار به‌صورت نیمکره می ­شود. در مقایسه امواج انفجار، انفجارهای سطحی بسیار مخرب‌تر می‌باشند.

همانطور که در شکل ذیل نشان داده شده است، در بارگذاری انفجار در طول چند هزارم ثانيه فشار ناشي از فشار اتمسفر (P0) به فشار بیشینه مي ­رسد و در طول چند صدم ثانيه دوباره به فشار اتمسفر باز مي گردد، و در ادامه در طول چند دهم ثانيه فشار منفي ایجاد می ­شود.

در انفجار دو پارامتر مهم مستقل وجود دارد كه عبارتند از ميزان مواد منفجره (W) و فاصله مواد منفجره از سازه (R) حاصل این دو کمیت به صورت پارامتر(Z) معرفی می­ گردد.

که در رابطه  W بر حسب کیلو گرم و R بر حسب متر مي باشد.

بارهای لرزه ­ای و بارهای انفجاری

مهندسان سازه بر اين باورند كه برخي از تكنيك هايي كه جهت مقاوم سازي لرزه اي از آنها استفاده مي شود، مي توانند براي كاهش دادن پتانسيل گسيختگي پيشرونده در هنگام اعمال بارهاي­ غير عادی مفيد باشند. اگرچه بارهاي لرزه اي در بسياري از موارد متفاوت از بارهاي انفجاري مي باشند وليكن فرض مي شود اصولي كه از آنها جهت افزايش مقاومت لرزه اي اعضاي سازه اي استفاده مي شود، مي توانند در محافظت از سازه در برابر بارهاي انفجاري نيز مؤثر باشند.

وجه اشتراک بارهای لرزه ای و بارهای انفجاری

  • هر دو جزء بارهاي ديناميكي محسوب مي شوند و پاسخ سازه به اين بارها ديناميكي است.
  • در اثر اعمال اين بارها به سازه پاسخ هاي غيرخطي خواهيم داشت.
  • دراغلب موارد طراحي براي تحمل اين دو دسته بار، بايد جهت تأمين ايمني جاني صورت گيرد و لازم نيست كه در اثر اعمال اين بارها سازه هم­چنان در حالت سرويس باقی بماند

وجه تمایز بارهای لرزه ای و بارهای انفجاری

  • انفجار باعث ايجاد بارگذاري فشاري مستقيم بر سازه مي شود و فشار ناشي از آن در تمامي جهات می­ باشد در حالي كه بارهاي لرزه ­اي، اثراتي در جهت جانبي به سازه وارد مي كنند.
  • بارهاي انفجاري در مقايسه با بارهاي لرزه اي از دامنه ي بزرگتر و مدت زمان كوتاه ­تري برخوردار مي باشند.
  • تخمين بزرگاي بارهاي انفجاري كار بسيار دشواري مي باشد و بر پايه ي جغرافياي محل قابل ارزيابي نيست.
  • اثرات بارهاي انفجاري محدود به ناحيه ي بخصوصي از سازه مي باشد كه در نزديكي محل انفجار قرار دارد ولي اثرات ناشي از بارهاي لرزه اي محلي نمي باشند و كل سازه را شامل مي شوند.
  • چنانچه سازه در معرض انفجار قرار بگيرد، دالهاي كف فشار روبه بالايي را تجربه خواهند كرد كه در طراحي ثقلي در نظرگرفته نمي شود.

با توجه به مطالب ذكرشده زماني كه اثرات بارگذاري انفجاري به صورت محلي با زلزله مقايسه مي‌شود، توانايي تحمل خراب­هاي محلي بدون ايجاد گسيختگي كلي تشابه اصلي بين طراحي مقاوم در برابر زلزله و بارهاي انفجاري مي باشد. تفاوت­هاي بين اين دو دسته بار در شکل ذیل نشان داده شده است.

پاسخ سازه به بارهای انفجاری

اثر بارهاي انفجاري مي‌تواند در جهتي مخالف جهت اعمال بارهاي طراحي، به سازه وارد شود فشارهاي رو به بالاي ناشي از انفجار بر روي طبقات پايین‌تر باعث مي‌شود كه به تيرها خمشي در جهت عكس حالتي كه فقط بار ثقلي داشتيم، وارد شود و بال­هاي پاييني تيرها به المان­هايي فشاري تبديل شوند همچنين با از بين رفتن دال كف، ستون­ ها مهار جانبي خود را از دست مي­ دهند و طول مهاربندي نشده آنها، افزايش مي ­يابد در نتيجه اين فشارهاي رو به بالا، بر بارهاي ثقلي وارده بر كف سازه غلبه مي ­كنند و چون سازه براي تحمل آنها طراحي نشده است، در آستانه­ ي تخريب قرار مي ­گیرد.

ساختمان دولتي موراح در شهر اكلاهاما كه يك سازه بتني بود، این ساختمان یکی از اين نمونه ­هاست كه در آن انفجار باعث ايجاد فشاري در خلاف جهت بارهاي طراحي شد. شکل ذیل ساختمان موراح را در حالت قبل از تخريب و بعد از آن نشان مي­ دهد .

تحقيقات بعدي صورت گرفته نشان داد كه چنانچه اين سازه با لحاظ نمودن جزئيات لرزه ­اي ساخته مي ­شد، خسارت وارده به سازه تا ميزان ۵۰ درصد كاهش می یافت همچنين استفاده از آرماتور گذاري­ هاي پيوسته و كافي مي ­توانست ميزان تلفات جاني و تخريب ­هاي سازه ­اي را به ميزان ۸۰ درصد كاهش دهد.

در یک مقایسه کلی بارهای انفجاری با بارهای لرزه ­ای می‌توان به دامنه بزرگتر بارهای انفجاری و مدت زمان کوتاه‌تر آن اشاره کرد. از مهم­ترین خصوصیت بارهای انفجاری این است که بازه زمانی که در آن ضربه ناشی از انفجار روی سازه اثر می‌کند جزئی از پریود طبیعی سازه است، بنابراین بارهای غیرعادی با بازه زمانی کوتاه نمی ­توانند سیستم کلی مقاوم بار جانبی سازه را تحت تاثیر قرار دهند و خرابی ناشی از انفجار به صورت موضعی است و در عضوهایی به وقوع می‌پیوندد که پریود کوتاهی دارند.