Metodika pro vývoj funkce poškození zděné budovy vystavené výbuchu

Abstract

Tato práce představuje komplexní metodiku pro hodnocení zranitelnosti historických zděných budov vůči výbuchu se zaměřením na vývoj povrchu poškození, který koreluje parametry výbuchu s konkrétním poměrem poškození. Tento výzkum kombinuje teoretické principy dynamiky výbuchu, strukturální odezvy a pokročilé techniky numerického modelování. Metodika je postavena na metodě Applied Element Method (AEM), která je ověřena pomocí benchmarků, které zahrnují srovnání s experimentálními daty a simulaci scénáře kolapsu budovy Murrah v Oklahomě v reálném světě. Tato metodika zahrnuje vývoj archetypu budovy, jehož cílem je simulovat reprezentativní historickou zděnou budovu v Evropě se zjednodušeným strukturálním modelem, optimalizovaným pro analýzu AEM. Poté charakterizace výbuchového zatížení prostřednictvím modelování neomezených výbuchů pro zachycení dynamických účinků výbuchu na zděné konstrukce. Následně byl navržen návrh stanovení lokalizovaného a globálního poškození v objektu prostřednictvím kategorizace stavů poškození (od elastické deformace po totální kolaps) a kvantifikace takto lokalizovaných poškození na stěnách, deskách a oknech pomocí deformace metriky. Závěrečná část této práce se zaměřuje na formulaci povrchu poškození, který koreluje parametry výbuchu (tlak a impuls) s příslušným poměrem poškození ve funkci naměřeného lokalizovaného poškození. Zjištění tohoto průzkumu umožňují vylepšené prediktivní modelování reakcí zděných budov v podmínkách výbuchu, poskytují pohledy pro hodnocení rizik a plánování odolnosti konstrukce. Cílem této metodiky je překlenout mezery v současném modelování zranitelnosti integrací inženýrských simulací a empirických poznatků do koherentního hodnotícího rámce.

This thesis presents a comprehensive methodology for assessing the vulnerability of historical masonry buildings to blast loads, with a focus on developing a damage surface that correlates blast parameters to a specific damage ratio. This research combines the theoretical principles of blast dynamics, structural response, and advanced numerical modeling techniques. The methodology is built on the Applied Element Method (AEM), which is validated through benchmarks that include comparisons with experimental data and a simulation of the real-world collapse scenario of the Murrah Building in Oklahoma. Such methodology includes a building archetype development that aims to simulate a representative historical masonry building in Europe with a simplified structural model, optimized for AEM analysis. Then, the blast load characterization through modeling of unconfined explosions to capture the dynamic blast effects on masonry structures. Following that, a proposal of the determination of the localized and global damage in the building through the categorization of damage states (from elastic deformation to total collapse) and the quantification of such localized damage on the walls, slabs, and windows using strain-based metrics. The final section of this thesis focuses on the formulation of a damage surface that correlates the blast parameters (pressure and impulse) with the respective damage ratio in function of the measured localized damage. The findings of this investigation enable enhanced predictive modeling of masonry building responses under blast conditions, providing insights for risk assessment and structural resilience planning. This methodology aims to bridge gaps in current vulnerability modeling by integrating engineering simulations and empirical insights into a coherent assessment framework.