umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Explosionslasters inverkan på betongkonstruktioner
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Applied Physics and Electronics.
2014 (Swedish)Independent thesis Basic level (university diploma), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
The effect of blast loading on concrete structures (English)
Abstract [sv]

The response of a structure that is exposed to a blast load can be very different compared to a structure exposed to a static load. The calculation methods for static loads and blast loads also differ a lot. This thesis describes the design approach and theory for blast loads. Both hand calculation and FEM analysis were performed for a structure exposed to a blast load.

The concept for calculating with blast loads is based on energy equations. The method when calculating by hand is to convert the structure to single degree of freedom system with the help of transformation factors. The single degree of freedom system is assigned the equivalent properties of the structure that’s being analyzed. The correlations used for the calculation assumes that the load that is being studied behaves as a characteristic impulse load. If not, the deformation will be overestimated. Damage curves are used to determine if the load behaves as an impulse load or not.

Two different cases of blast loads were studied and the same structure was analyzed in both cases. The structure exposed to a blast load is a 1 meter wide and 7,2 meter long fixed beam. The beam has a thickness of 0,4 meters and consists of concrete C30/37 reinforced with ∅ 16 s150 B5005B on the top and bottom. In both cases the structure obtained a plastic response. The result from the hand calculations in case 1 shows that the elastic and plastic deformation was overestimated by more than 100 percent. This happened because the load, in relation to the structure, did not behave as a characteristic impulse load. In case 2 a load with a shorter duration time was studied and the result then shows that the load behaved more as a characteristic impulse. For this load case the deformation was overestimated with around 23 percent and the total deformation was 65 mm in the middle of the beam. Finite element analysis was accomplished in both cases with the program Brigade Plus and the result differed a lot compared to the hand calculations. In both cases the beam didn’t reach its ultimate state in the FEM analysis. For load case 2 the overall deformation reached 38.8 mm in middle of the beam.

The difference in results may be due to several factors. Hand calculations are often simplified while FEM calculations are more accurate and you can see what is happening at every node of the structure. Hand calculation should be more on the safe side than the FEM calculation and the results also shows this when the hand calculations, in both load cases, results in a bigger deformation of the structure. In both cases the difference in results is mainly due to the load does not, in relation to the studied structure, behave as a typical impulse load. In case 2 the load behaves much more like a typical impulse and the overestimation of the deformation is not as big as in case 1.

Abstract [sv]

Responsen hos en explosionsbelastad konstruktion kan skilja sig mycket jämfört med en statisk belastad konstruktion. Beräkningsmetoder för statiska laster och explosionslaster skiljer sig också mycket åt. Detta examensarbete behandlar dimensioneringsmetoder samt teorin bakom explosionslaster. Både handberäkning och FEM-analys utfördes för en explosionsbelastad konstruktion.

 

Konceptet vid beräkning av explosionslaster bygger på energibetraktelser. Vid handberäkning omvandlas konstruktionen, med hjälp transformationsfaktorer, till ett enfrihetsgradsystem. Enfrihetsgradsystem tilldelas samma ekvivalenta egenskaper som konstruktionen som ska analyseras. Sambanden som används vid beräkning utgår från att lasten som studeras beter sig som en karakteristisk impulslast. Om så inte är fallet kommer deformationen att överskattas. Skadekurvor används för att bedöma om lasten beter sig som en impuls eller inte.

 

Två olika fall av explosionslaster betraktades där samma konstruktion studerades i båda fallen. Konstruktionen som studeras är en fast inspänd, 1 meter bred, plattstrimla med ett avstånd på 7,2 meter mellan stöden. Plattan består av betong C30/37 med tjockleken 0,4 meter och är armerad med                         16 s150 B5005B i överkant och underkant. För handberäkningarna visade konstruktionen upp en plastisk respons i båda fallen. Resultatet från handberäkningarna visar i fall 1 att den elastiska och plastiska deformationen överskattades med över 100 procent. Detta berodde på att lasten, i relation till studerad struktur, inte uppträdde som en karakteristisk impulslast. I fall 2 valdes en last med kortare varaktighet och då visade sig också lasten bete sig mer som en karakteristisk impuls. För detta lastfall blev feluppskattning av deformation cirka 23 procent och den totala deformationen blev 65 mm i fältmitt. FEM-analyser för både fallen utfördes med programmet Brigade Plus och resultatet skilde sig ganska mycket åt jämfört med handberäkningarna. I båda fallen för FEM-beräkningarna klarade konstruktionen explosionslasterna utan att gå till brott. För lastfall 2 blev den totala deformation 38,8 mm i fältmitt.

 

Skillnaden i resultat kan bero på flera faktorer. Handberäkningar är ofta förenklade medan FEM-beräkningar är mer exakta och man kan se vad som händer i varje punkt i konstruktionen. Handberäkningen bör vara mer på säker sida än FEM-beräkningen och det visar också resultatet då handberäkningar ger en större deformation i konstruktionen för båda lastfallen. I båda fallen beror resultatskillnaden främst på att lasten inte, i relation till den studerade konstruktionen, beter som en karakteristisk impulslast. I fall 2 beter sig lasten betydligt mer likt en karakteristisk impuls och överskattningen blir då inte lika stor.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 55 p.
Keyword [en]
Blast loads
Keyword [sv]
Explosionslaster
National Category
Building Technologies
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-88306Local ID: BY1327OAI: oai:DiVA.org:umu-88306DiVA: diva2:714911
External cooperation
WSP
Subject / course
Byggteknik
Educational program
Bachelor of Science Programme in Civil Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-04-30 Created: 2014-04-29 Last updated: 2014-04-30Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Search in DiVA

By author/editor
Näslund, Petter
By organisation
Department of Applied Physics and Electronics
Building Technologies

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 119 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf