Výpočtová analýza mostních konstrukcí při nehodových událostech

Abstract

Disertační práce je zaměřena na extrémní zatížení mostních konstrukcí, především na účinek výbuchu. V úvodní části je popsán současný stav vědy a výzkumu a jsou zde kromě popisu numerických metod řešení rychlých dynamických jevů uvedeny příklady zřícení mostů v důsledku zatížení výbuchem. Pro numerické modelování výbuchů, které je velmi náročné, je žádoucí reálný experiment. Experiment byl realizován na dvou zkušebních vzorcích v listopadu 2010 ve vojenském prostoru Boletice. Zkušební vzorky byly z důvodu dopravy, ale co největšího přiblížení rozměrům reálné mostní konstrukce, voleny délky 6 m, šířky 1,5 m a výšky 0,3 m. První vzorek byl ze železobetonu, druhý ze železobetonu s příměsí PP vláken. Hmotnost nálože byla zvolena 25 kg TNT a umístěna byla nad horním povrchem zkušebního vzorku. Během experimentů bylo zjišťováno porušení vzorků a přetlak v čele rázové vlny. Výsledky experimentů jsou v dobré shodě s výsledky teoretických analýz. Experiment ukázal rozdíly ve výbuchové odolnosti prvků ze železobetonu a vláknobetonu a výsledky experimentu slouží jako podklad pro naladění numerických modelů lokálního porušení a šíření tlakové vlny. Jsou ukázány rozdíly v šíření tlakové vlny ve vnějším a vnitřním prostoru a numerický model šíření tlakové vlny uvnitř mostního průřezu, možné způsoby uložení nálože a jeho vliv na porušení. Dále se práce zabývá účinkem výbuchu na člověka a účinkem vzdáleného výbuchu na mostní konstrukci. K určení velikosti zatížení na mostní konstrukci od vzdáleného výbuchu byla vyvinuta výpočetní aplikace REMEX.

This thesis is focused on structural analysis of bridges affected by accidental events, mainly the problem of explosions. Current existing science and research is described in the first part of the thesis. Examples of bridge collapses as a consequence of explosion and numerical methods used for evaluation of fast dynamic phenomena are also described. A physical experiment is suitable for numerical modeling of accidental explosion events. The experiment was conducted on November 2010 in the military area of Boletice with two experimental samples. The first sample was made by reinforced concrete (RC) and the second one was made by fiber-reinforced concrete (FRC) with the following dimensions: length 6 m, width 1,5 m and height 0,3 m. A charge of 25 kg of TNT exploded above the top of the samples. Damage of the samples and the impact of the shockwave were measured during the experiment. The results of the experiments correlated with the expected theoretical results. The results of the experiment show the differences between explosion resistance of both samples and established the ground data for numerical modeling of local damage and the development of the shockwave. The differences between an explosion in an open and closed space are discussed. The effect of the shockwave represents loading inside of a bridge cross section which is studied numerically. The effect of the shockwave on human body is discussed in relation to the distance from the detonation. Finally, the bridge loading caused by remote explosion is discussed. Computer software called REMEX was developed for calculating the bridge loading caused by remote explosion.