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 ثانیه فشار ناشی از فشار اتمسفر (P۰) به فشار بیشینه می ­رسد و در طول چند صدم ثانیه دوباره به فشار اتمسفر باز می گردد، و در ادامه در طول چند دهم ثانیه فشار منفی ایجاد می ­شود.

در انفجار دو پارامتر مهم مستقل وجود دارد که عبارتند از میزان 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 می باشد.

بارهای لرزه ­ای و بارهای انفجاری

مهندسان سازه بر این باورند که برخی از تکنیک هایی که جهت مقاوم سازی لرزه ای از آنها استفاده می شود، می توانند برای کاهش دادن پتانسیل گسیختگی پیشرونده در هنگام اعمال بارهای­ غیر عادی مفید باشند. اگرچه بارهای لرزه ای در بسیاری از موارد متفاوت از بارهای انفجاری می باشند ولیکن فرض می شود اصولی که از آنها جهت افزایش مقاومت لرزه ای اعضای سازه ای استفاده می شود، می توانند در محافظت از سازه در برابر بارهای انفجاری نیز مؤثر باشند.

وجه اشتراک بارهای لرزه ای و بارهای انفجاری

  • هر دو جزء بارهای دینامیکی محسوب می شوند و پاسخ سازه به این بارها دینامیکی است.
  • در اثر اعمال این بارها به سازه پاسخ های غیرخطی خواهیم داشت.
  • دراغلب موارد طراحی برای تحمل این دو دسته بار، باید جهت تأمین ایمنی جانی صورت گیرد و لازم نیست که در اثر اعمال این بارها سازه هم­چنان در حالت سرویس باقی بماند

وجه تمایز بارهای لرزه ای و بارهای انفجاری

  • انفجار باعث ایجاد بارگذاری فشاری مستقیم بر سازه می شود و فشار ناشی از آن در تمامی جهات می­ باشد در حالی که بارهای لرزه ­ای، اثراتی در جهت جانبی به سازه وارد می کنند.
  • بارهای انفجاری در مقایسه با بارهای لرزه ای از دامنه ی بزرگتر و مدت زمان کوتاه ­تری برخوردار می باشند.
  • تخمین بزرگای بارهای انفجاری کار بسیار دشواری می باشد و بر پایه ی جغرافیای محل قابل ارزیابی نیست.
  • اثرات بارهای انفجاری محدود به ناحیه ی بخصوصی از سازه می باشد که در نزدیکی محل انفجار قرار دارد ولی اثرات ناشی از بارهای لرزه ای محلی نمی باشند و کل سازه را شامل می شوند.
  • چنانچه سازه در معرض انفجار قرار بگیرد، دالهای کف فشار روبه بالایی را تجربه خواهند کرد که در طراحی ثقلی در نظرگرفته نمی شود.

با توجه به مطالب ذکرشده زمانی که اثرات بارگذاری انفجاری به صورت محلی با زلزله مقایسه می‌شود، توانایی تحمل خراب­های محلی بدون ایجاد گسیختگی کلی تشابه اصلی بین طراحی مقاوم در برابر زلزله و بارهای انفجاری می باشد. تفاوت­های بین این دو دسته بار در شکل ذیل نشان داده شده است.

پاسخ سازه به بارهای انفجاری

اثر بارهای انفجاری می‌تواند در جهتی مخالف جهت اعمال بارهای طراحی، به سازه وارد شود فشارهای رو به بالای ناشی از انفجار بر روی طبقات پایین‌تر باعث می‌شود که به تیرها خمشی در جهت عکس حالتی که فقط بار ثقلی داشتیم، وارد شود و بال­های پایینی تیرها به المان­هایی فشاری تبدیل شوند همچنین با از بین رفتن دال کف، ستون­ ها مهار جانبی خود را از دست می­ دهند و طول مهاربندی نشده آنها، افزایش می ­یابد در نتیجه این فشارهای رو به بالا، بر بارهای ثقلی وارده بر کف سازه غلبه می ­کنند و چون سازه برای تحمل آنها طراحی نشده است، در آستانه­ ی تخریب قرار می ­گیرد.

ساختمان دولتی موراح در شهر اکلاهاما که یک سازه بتنی بود، این ساختمان یکی از این نمونه ­هاست که در آن انفجار باعث ایجاد فشاری در خلاف جهت بارهای طراحی شد. شکل ذیل ساختمان موراح را در حالت قبل از تخریب و بعد از آن نشان می­ دهد .

تحقیقات بعدی صورت گرفته نشان داد که چنانچه این سازه با لحاظ نمودن جزئیات لرزه ­ای ساخته می ­شد، خسارت وارده به سازه تا میزان ۵۰ درصد کاهش می یافت همچنین استفاده از آرماتور گذاری­ های پیوسته و کافی می ­توانست میزان تلفات جانی و تخریب ­های سازه ­ای را به میزان ۸۰ درصد کاهش 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.