Nonlinear calculation of reinforced concrete structures to the impact of the air shock wave

Abstract

Introduction. Researched methods of accounting for the nonlinear operation of reinforced concrete structures on the example of an industrial structure, when exposed to an air shock wave using modern software systems based on the finite element method. The calculation of reinforced concrete construction to the impact of an air shock wave, if no increased requirements for tightness are presented to it, in accordance with current regulatory documents, must be carried out taking into account the elastic-plastic work, crack opening in the stretched zone of concrete and plastic deformations of reinforcement are allowed. Reviewed by new coupling approach to determining the dynamic loads of a shock wave, implemented in the LS-DYNA software package, which allows to take into account the effects of a long-range explosion and wave-wrapping around a structure. Materials and methods. The study of the stress-strain state of the structures was carried out using numerical simulation. For the nonlinear equivalent-static method, a step-by-step calculation algorithm is used, with gradual accumulation and distribution of stresses, implemented in the LIRA-SAPR software package. For the nonlinear dynamic method, the Lagrangian-Eulerian formulation is used using the methods of gas dynamics in the LS-DYNA software package. Results. As a result of numerical simulation, the following was done analysis of existing methods of nonlinear calculations; analysis of the existing loads during the flow of shock waves around the structure; analysis of the forces and movements in the bearing elements, as well as pictures of the destruction of concrete and reinforcement. Conclusions. According to the results of the comparison of the two approaches, conclusions are drawn about the advantages and disadvantages of the methods. Advantages of nonlinear dynamic calculation methods are noted compared to the equivalent-static ones. Use of the combined approach to the description of the shock wave front gives a reduction in time and allows us to describe the interaction of the wave with the structure with sufficient accuracy. The findings indicate the relevance of the study and provide an opportunity to move to more reasonable computational models.

Methods of simulating the front of the air shock wave for calculating the industrial structure

“…Среди существующих методик моделирования нагрузок для решения задачи взаимодействия ударной волны с сооружением [5][6][7][8][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] с использованием методов газодинамики, можно отметить, что эти методы используют точечные взрывы в двух вариантах:…”

“…В работе [12] указывается, что использование функции CONWEP дает хорошую картину взаимодействия ударной волны с сооружением, но полученное время фазы сжатия имеет небольшие значения τ + = = 0,027 с. Возможно, это связано с небольшим расстоянием (40 м) от эпицентра взрыва. Поэтому рассмотрим, как влияет изменение расстояния от эпицентра взрыва до сооружения на время действия фазы сжатия ударной волны, потому что, как известно, продолжительность фазы сжатия увеличивается по мере увеличения расстояния от места взрыва.…”

The impact of heavy object on an underground structure when falling onto the ground surface

“…Некоторые результаты таких исследований приведены в [1][2][3][4][5]. В настоящее время продолжаются совершенствование данных исследований и разработка методик расчета на высокоскоростные импульсные воздействия [6][7][8][9][10][11][12][13][14], чему способствует развитие расчетных комплексов.…”