This study is aimed at providing an efficient analytical model to obtain pressure- impulse diagram of one-way reinforced concrete slabs subjected to different shapes of air blast loading using single degree of freedom method (SDOF). A tri-linear elastic perfectly plastic SDOF model has been used to obtain the pressure-impulse diagram to correlate the blast pressure and the corresponding concrete flexural damage. In order to capture the response history for the slab, a new approximately SDOF method based on the conventional SDOF method is proposed and validated using published test data. The influences of pulse loading shape on the pressure-impulse diagram are studied. Based on the results, a pressure-impulse diagram generation method using SDOF and an analytical equation for the pressure-impulse diagram is proposed to different damage levels and different blast loading shapes.
This paper is focused on the residual capacity of steel columns, as a damage criterion. Load-Impulse (P-I) diagrams are frequently used for analysis, design, or assessment of blast resistant structures. The residual load carrying capacity of a simply supported steel column was derived as a damage criterion based on a SDOF computational approach. Dimensionless P-I diagrams were generated numerically with this quantitative damage criterion. These numerical P-I diagrams were used to show that traditional constant ductility ratios adopted as damage criteria are not appropriate for either the design or damage assessment of blast resistant steel columns, and that the current approach could be a much more appropriate alternative.
This paper presents a computational study for the structural response of blast loaded metallic sandwich panels, with the emphasis placed on their failure behaviours. The fully-clamped panels are square, and the honeycomb core and skins are made of the same aluminium alloy. A material model considering strain and strain rate hardening effects is used and the blast load is idealised as either a uniform or localised pressure over a short duration. The deformation/failure procedure and modes of the sandwich panels are identified and analysed. In the uniform loading condition, the effect of core density and face-sheets thicknesses is analysed. Likewise, the influence of pulse shape on the failure modes is investigated by deriving a pressure-impulse (P-I) diagram. For localised loading, a comparative study is carried out to assess the blast resistant behaviours of three types of structures: sandwich panel with honeycomb core, two face-sheets with air core and monolithic plate, in terms of their permanent deflections and damage degrees. The finding of this research provides a valuable insight into the engineering design of sandwich constructions against air blast loads.
Damage assessment for buried structures against an internal blast is conducted by considering the soil-structure interaction. The structural element under analysis is assumed to be rigid-plastic and simply-supported at both ends. Shear failure, bending failure and combined failure modes are included based on five possible transverse velocity profiles. The maximum deflections with respect to shear and bending failure are derived respectively by employing proper failure criteria of the structural element. Pressure-Impulse diagrams to assess damage of the buried structures are subsequently developed. Comparisons have been done to evaluate the influences of the soil-structure interaction and the shear-to-bending strength ratio of the structural element. A case study for a buried reinforced concrete structure has been conducted to show the applicability of the proposed damage assessment method.
Kim, Sang Jin;Sohn, Jung Min;Lee, Jong Chan;Li, Chun Bao;Seong, Dong Jin;Paik, Jeom Kee
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.5
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pp.380-387
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2014
Piper Alpha disaster drew attention to the damage likely to arise from explosions and fires on an offshore platform. And great concerns have been increased to prevent these hazards. Blast wall is one of the passive safety systems; it plays a key part of minimizing the consequences. However, a buckling due to explosion loads is a factor which can reduce the strength of blast wall. The buckling often occurs between web and flange at the center of blast wall. This study aims to find a solution for reinforcing its strength by installing a flat plate at the spot where the buckling occurs. First of all, ANSYS finite element method is adopted to numerically compute the structural resistance characteristic of blast wall by using a quasi-static approach. Sequentially, the impact response characteristics of blast wall are investigated the effect on thickness of flat plate by using ANSYS/LS-DYNA. Finally, pressure-impulse diagrams (P-I diagram) are presented to permit easy assessment of structural response characteristics of stiffened blast wall. In this study, effective use is made to increase structural intensity. of blast wall and acquired important insights have been documented.
The interaction between blast load and structures, as well as the interaction among structural members may well affect the structural response and damages. Therefore, it is necessary to analyse more realistic reinforced concrete structures in order to gain an extensive knowledge on the possible structural response under blast load effect. Among all the civilian structures, columns are considered to be the most vulnerable to terrorist threat and hence detailed investigation in the dynamic response of these structures is essential. Therefore, current research examines the effect of blast loads on the reinforced concrete columns via development of Pressure- Impulse (P-I) diagrams. In the finite element analysis, the level of damage on each of the aforementioned RC column will be assessed and the response of the RC columns when subjected to explosive loads will also be identified. Numerical models carried out using LS-DYNA were compared with experimental results. It was shown that the model yields a reliable prediction of damage on all RC columns. Validation study is conducted based on the experimental test to investigate the accuracy of finite element models to represent the behaviour of the models. The blast load application in the current research is determined based on the Lagrangian approach. To develop the designated P-I curves, damage assessment criteria are used based on the residual capacity of column. Intensive investigations are implemented to assess the effect of column dimension, concrete and steel properties and reinforcement ratio on the P-I diagram of RC columns. The produced P-I models can be applied by designers to predict the damage of new columns and to assess existing columns subjected to different blast load conditions.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.16
no.1
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pp.61-70
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2023
This study presents an analytical study of investigating the effect of shock waves generated by the hydrogen detonation and damage to structures for the safety evaluation of hydrogen storage facilities against detonation. Blast scenarios were established considering the volume of the hydrogen storage facility of 10 L to 50,000 L, states of charge (SOC) of 50% and 100%, and initial pressures of 50 MPa and 100 MPa. The equivalent TNT weight for hydrgen detonation was determined considering the mechanical and chemical energies of hydrogen. A hydrogen detonation model for the converted equivalent TNT weight was made using design equations that improved the Kingery-Bulmash design chart of UFC 3-340-02. The hydrogen detonation model was validated for overpressure and impulse in comparison to the past experimental results associated with the detonation of hydrogen tank. A parametric study based on the blast scenarios was performed using the validated hydrogen detonation model, and design charts for overpressure and impulse according to the standoff distance from the center of charge was provided. Further, design charts of the three-stage structural damage and standoff distance of adjacent structures according to the level of overpressure and impact were proposed using the overpressure and impulse charts and pressure-impulse diagrams.
Ji, Sumin;Hong, Chinsuk;Jeong, Weui-Bong;Kim, Tae-Hoon
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.3
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pp.191-198
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2015
Noise propagated through the ventilation openings of enclosures is actively controlled using an FIR filter. The enclosures considered in this paper are used for isolating noise due to machinery. This method is of limited use because of the ventilation openings through which most of noise is propagated. Feedforward control strategy is incorporated to minimize the acoustic power propagated through the openings. For the real-time implementation, although it is numerical study, the controller is implemented using an FIR filter. The acoustic transfer functions of the pressure on the openings of the enclosure to the primary source and to the secondary source are numerically calculated using the boundary element method. The performance analysis of the active control is conducted with the time-domain simulation using Matlab Simulink.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.6
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pp.393-401
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2021
In this paper, we proposed a numerical model based on moment-curvature, to evaluate the resistance of reinforced concrete (RC) members subjected to blast loading. To consider the direct shear failure mode, we introduced a dimensionless spring element based on the empirical direct shear stress-slip relation. Based on the dynamic increase factor equations for materials, new dynamic increase factor equations were constructed in terms of the curvature rate for the section which could be directly applied to the moment-curvature relation. Additionally, equivalent bending stiffness was introduced in the plastic hinge region to consider the effect of bond-slip. To verify the validity of the proposed model, a comparative study was conducted against the experimental results, and the superiority of this numerical model was confirmed through comparison with the analytical results of the single-degree of freedom model. Pressure-impulse (P-I) diagrams were produced to evaluate the resistance of members against bending failure and direct shear failure, and additional parametric studies were conducted.
Lee, Kun-Ho;Kim, Jae-Min;Kim, Jae Hyun;Lee, Sang-Hoon;Kim, Kang Su
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.5
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pp.151-160
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2022
Owing to the recent increase in the frequency of explosion accidents, blast resistive design has garnered attention to reduce the damage of important structural elements. However, domestic research on the blast resistive structures is still insufficient, and domestic design guideline against blast loads are not documented yet. In this study, a numerical study on the RC blast resistive walls, where the test variable was the presence of FRP sheet, was performed using LS-DYNA program. Based on the numerical results, displacement-time hysteretic curve, pressure-impulse diagram, and fragility curve of the test specimens were derived. It was shown that the FRP sheet strengthening method is efficient to improve the blast resistive performance of the RC wall. Also, the strengthening effect of FRP sheet on the RC wall was stronger when the magnitude of the blast load was greater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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