Wei, Jun;Quintero, Russ;Galati, Nestore;Nanni, Antonio
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제1권1호
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pp.19-28
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2007
A dynamic constitutive damage model for reinforced concrete (RC) structures and formulations of blast loading for contact or near-contact charges are considered and adapted from literatures. The model and the formulations are applied to the input parameters needed in commercial finite element method (FEM) codes which is validated by the laboratory blast tests of RC slabs from literature. The results indicate that the dynamic constitutive damage model based on the damage mechanics and the blast loading formulations work well. The framework on the dynamic constitutive damage model and the blast loading equations can therefore be used for the simulation of failure of bridge components in engineering applications.
국가의 발파진동과 소음에 대한 규제 기준은 공학적인 기술검증 절차에 의해 설정되어져야 한다. 발파진동에 의한 공해는 인체에 미치는 영향과 구조물이나 시설물에 미치는 영향이 전혀 다르게 나타나므로 각각의 특성에 맞는 기술적인 검증을 거쳐 규제기준이 설정되어져야한다. 현재 국가에서 규정하고 있는 발파진동에 대한 규제 기준은 환경부의 소음 진동 규제법과 건설교통부의 터널시방서의 발파진동허용기준이 전부이다. 환경부의 발파진동 규제기준은 사람의 주거환경을 대상으로 설정하였으므로 인체에 대한 발파진동의 반응현상을 근거한 선진국의 연구자료와 법규정 등을 인용하여 부분적으로는 문제점이 있으나 비교적 타당성이 있는 기준이 설정되었다고 사료된다. 그러나 건설교통부에서 발파진동 규제 기준으로 제시한 터널시방서의 발파진동허용기준은 발파공학적인 기술특성을 알지 못한 상태에서 부실하게 규제 기준을 만들어 정상적인 발파 공사를 방해할 뿐만 아니라 선진국과 국내에서 지극히 정상적으로 발파 공사를 수행하고 있는 공법까지도 발파진동허용기준에 저촉되어 공법을 폐기해야하는 문제점이 발생되었다. 본고는 건설교통부의 발파진동허용기준에 대한 문제점을 지적하고 합리적인 발파진동허용기준에 대한 방안을 제시하고자 한다.
본 논문은 비예측 극한하중인 폭발하중에 노출된 RC building 구조물의 폭발손상평가를 위한 수치해석적 연구이다. 수치해석의 효율성 및 정확성을 높이기 위해, 폭발하중에 대한 정의, 유체-구조 연성을 위한 Euler-Lagrange 커플링 기법 적용, 그리고 고변형률 속도가 고려된 콘크리트 및 강재 재료구성모델이 제안된다. 특히 효율적인 폭발하중 정의를 위해, Euler-FCT 기법을 통하여 TNT 질량에 따른 시간별 압력하중 데이터가 확보되고, 이는 RC building 구조물 총 7 지점의 폭발위치에 적용되며, ANSYS-AUTODYN 솔버에 연결되어 수치 시뮬레이션이 수행된다. 해석결과, TNT 질량 및 폭발 위치에 따라 손상 차이가 발생하였으며, 먼저 TNT 질량 20 kg 일 경우 3 곳의 폭발손상 지점에서 주부재 중 슬래브에서만 중간 및 가벼운 손상이 발생되었고, TNT 질량 100 kg 일 경우 5 곳의 폭발손상 지점 중 3 곳은 슬래브 및 보 부재에서 중간 손상이 발생되었으며, 2 곳은 슬래브에서 심각한 손상이 발생되었다.
Explosions inside transportation tunnels might result in failure of tunnel structures. This study investigated the failure mechanisms of circular cast-iron tunnels in saturated soil subjected to medium internal blast loading. This issue is crucial to tunnel safety as many transportation tunnels run through saturated soils. At the same time blast loading on saturated soils may induce residual excess pore pressure, which may result in soil liquefaction. A series of numerical simulations were carried out using Finite Element program LS-DYNA. The effect of soil liquefaction was simulated by the Federal Highway soil model. It was found that the failure modes of tunnel lining were differed with different levels of blast loading. The damage and failure of the tunnel lining was progressive in nature and they occurred mainly during lining vibration when the main event of blast loading was over. Soil liquefaction may lead to more severe failure of tunnel lining. Soil deformation and soil liquefaction were determined by the coupling effects of lining damage, lining vibration, and blast loading. The damage of tunnel lining was a result of internal blast loading as well as dynamic interaction between tunnel lining and saturated soil, and stress concentration induced by a ventilation shaft connected to the tunnel might result in more severe lining damage.
Recently, to consider financial and constructive aspect, usage of Admixture, like Blast-Furnace Slag and Fly-Ash, are increased. Also the use of cold-weather-concrete is increased. Blast-furnace Slag, a by-product of steel industry, have many advantage, to reduce the heat of hydration, increase in ultimate strength and etc. But it also reduces early-age strength, so it is prevented from using of Blast-Furnace Slag at cold-weather-concrete. In this study, for the purpose of increasing usage of Blast-Furnace Slag at cold-weather-concrete, it is investigated the strength properties of concrete subjected to frost damage for the cause of early age curing. According to this study, if early curing is carried out before having frost damage, the strength of concrete, subjected to frost damage, is recovered. And that properties is not connected with the frost cause.
Recently, to consider economical and constructive aspect, Usage of Admixture, like Blast-Furnace Slag and Fly-Ash, are increased. Blast-Furnace Slag, a by-product of steel industry, have many advantage, to reduce the heat of hydration, increase in ultimate strength and etc. But it also reduces early-age strength, it is prevented from using of Blast-Furnace Slag at cold-weather-concrete. In this study, for the purpose of increasing usage of Blast-Furnace Slag at cold-weather-concrete, it is investigated the strength properties of concrete subjected to time and period of frost damage for early age curing. According to this study, if early age curing is carried out before having frost damage, the strength of concrete, subjected to frost damage, is recovered. And that properties is not connected with the frost cause.
A numerical study is carried out to assess the dynamic response and damage level of one- and two-way reinforced concrete (RC) panels subjected to explosive loads by using finite element LS-DYNA software. The precision of the numerical models is validated with the previous experimental test. The calibrated models are used to conduct a series of parametric studies to evaluate the effects of panel wall dimensions, concrete strength, and steel reinforcement ratio on the blast-resistant capacity of the panel under various magnitudes of blast load. The results are used to develop pressure-impulse (P-I) diagrams corresponding to the damage levels defined according to UFC-3-340-02 manual. Empirical equations are proposed to easily construct the P-I diagrams of RC panels that can be efficiently used to assess its safety level against blast loads.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제11권2호
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pp.403-413
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2017
Residual axial capacity from numerical analysis was widely used as a critical indicator for damage assessment of reinforced concrete (RC) columns subjected to blast loads. However, the convergence of the numerical result was generally based on the displacement response, which might not necessarily generate the correct post-blast results in case that the strain softening behavior of concrete was considered. In this paper, two widely used concrete models are adopted for post-blast analysis of a RC column under blast loading, while the calculated results show a pathological mesh size dependence even though the displacement response is converged. As a consequence, a nonlocal integral formulation is implemented in a concrete damage model to ensure mesh size independent objectivity of the local and global responses. Two numerical examples, one to a RC column with strain softening response and the other one to a RC column with post-blast response, are conducted by the nonlocal damage model, and the results indicate that both the two cases obtain objective response in the post-peak stage.
The dynamic response of structures under extremely short duration dynamic loads is of great concern nowadays. This paper investigates structures' response as well as the associated structural damage to explosive loads considering and ignoring the supporting soil flexibility effect. In the analysis, buildings are modeled by two alternate approaches namely, (1) building with fixed supports, (2) building with supports accounting for soil-flexibility. A lumped parameter model with spring-dashpot elements is incorporated at the base of the building model to simulate the horizontal and rotational movements of supporting soil. The soil flexibility for various shear wave velocities has been considered in the investigation. In addition, the influence of variation of lateral natural periods of building models on the obtained response and peak response time-histories besides damage indices has also been investigated under blast loads with different peak over static pressures. The Dynamic response is obtained by solving the governing equations of motion of the considered building model using a developed Matlab code based on the finite element toolbox CALFEM. The predicted results expressed in time-domain by the building model incorporating SSI effect are compared with the corresponding model results ignoring soil flexibility effect. The results show that the effect of surrounding soil medium leads to significant changes in the obtained dynamic response of the considered systems and hence cannot be simply ignored in damage assessment and response time-histories of structures where it increases response and amplifies damage of structures subjected to blast loads. Moreover, the numerical results provide an understanding of level of damage of structure through the computed damage indices.
Blasting operations associated with rock excavation work may have an environmental impact in nearby structures or human beings. With the increase of construction work in urban areas, vibration problems and complaints have also increased. In order to determine the optimum design parameters for safe blast, it is essential to understand blast mechanism, design variables involved in blast-induced damage, and their effects on the blasting results. This paper deals with the characteristics of ground vibrations, air blast and fly rock caused by blast, including the general method of establishing the vibration predictors, and damage criteria suggested by various investigators. The results of field measurements from open pit mine and tunnel construction work are discussed. Basic concepts of how to design blast parameters to control the generation of ground vibrations, air blast and fly rock are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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