Patlamaya dayanıklı tasarım, aşırı olaylar altında işlevsel kalmaları gereken altyapı için kritik bir gereklilik haline geldi. Köprüler, askeri tesisler, hükümet binaları ve endüstriyel tesisler, yapısal üyelerin yanlışlıkla kesintiye uğratılmasına veya yüksek basınç dalgalarına karşı çıkma yeteneğinin önemli ölçüde artmasını sağlıyor. Prestressing Steel, yüksek güç, hızlı bir şekilde güçlendirmeyi tercih eden bir direnişin eşsiz bir kombinasyonunu sunuyor.

Prestressing Steel

Prestressing çelik, barlar için yüksek güçlü çelik tendonları veya çubukları ifade eder (preksiyon) veya sonra (post-tansiyon) beton yerleştirmesi sağlar. Çelik, betonda büyük bir sıkıştırıcı kuvvete sahiptir, ki bu, dış yüklerden 2.000'den fazla MPa'ya kadar stres verir.

Malzeme Özellikleri

En yaygın çelik tipi yedi telli bir teldir, altı dış telden oluşan helically bir merkez tel etrafında sarmalı. Bu yapılandırma, demirleme sistemleri için sert kalite kontrolleri sağlar. Low-relaxation çelik artık standarttır, sadece iki-3 ilk stresin yüzde 5–8'i normal çelik için kıyaslar.

Korozyon Koruma Koruma

Mekanik yükler altında prestressing çeliklerin Durability önemlidir, çünkü çelik sürekli yüksek vakum stresi altındadır. korozyon yağ ile kaplıdır ve plastik yığınlarda sertleştiricidir.

Blast Direnişi

Patlama yükleri, bir kesinti aşamasının ardından baskıya hızlı bir artışla karakterize edilir, genellikle sadece milisaniyeler. Bu tür dinamik yüklere karşı koymakta olan çeliklerin etkinliği, birkaç ilgili mekanik avantajdan kaynaklanıyor.

Pre-compression and Crack Control

Beton gerginlikte zayıftır. Bir patlama yükü altında, geleneksel olarak güçlendirilmiş beton kirişi hızla kırılabilir ve betonun sürekli sıkıştırma altında betonu korur, bu yüzden patlamadan gelen çekmenin ilk önce bu pre-kompresyonun üstesinden gelmeleri gerekir.Bu gecikmeler flexural çatlakların başlangıcını azaltır ve betonun bozulmasını engelleyebilir.

Geliştirilmiş Ductability ve Enerji Abhidratörü

Çelik, özellikle düşük boyutlu, enerji absürtünün (tipik olarak 3.5-5 yüzde) kırılmadan önce önemli bir elongasyon sergilemektedir. Bu kanal, yapısal üyelerin, betonun eğrisi altında büyük deformasyonlara maruz kalmalarına izin verir. Enerji absorsuyu temsil eden alan, sıradan bir reinfor barlar için daha büyük çeliktir.

Dinamik Yük Re dağıtım

Önleyici bir üyedeki sıkıştırıcı güç, yüksek deformasyon seviyelerindeki oar direncini korumaya yardımcı olur. Önleyici bir beton kirişi önsezi olmadan güçlendirilir, eğimli hear çatlakları hızla patlama basıncı altında geliştirir, prestressing çelikten aksiz sıkıştırması, ana stresi azaltır ve böylece oar kapasiteyi arttırır.Bu özellikle yüksek sert kirişler ve plakalar için değerlidir.

Azaltılmış Spalling ve Fragmentation

Gerginlikten betonun kesilmesi, bir tesisin içindeki personel ve ekipmanlarını korumak için kritik olan bir durumdur.Sürücükler içinde betonu sıkıştırarak, prestressing büyük parçaların ejected olacağını azaltır.

Blast-Resistant Prestressed Structures için tasarım göz önüne alınır

Patlama direnci için prestressing çelik ile tasarım, statik ve dinamik analiz yöntemlerinin dikkatli bir entegrasyonu gerektirir. Konvansiyonel kodlar yalnızca sınırlı rehberlik sağlar, bu nedenle tasarımcılar genellikle Birleşik Olanaklar Kriterleri (UFC) 3-340-02 koruyucu yapılar için özel belgelere güvenir.

Blast Load Parametreleri

İlk adım tehditi karakterize etmektir: ağırlık (TNT eşdeğer), uzaklık ve sınırlanma.Bundan itibaren baskı-zaman geçmişi (daha son baskı ve dürtü) daha uzun süre boyunca yapılan patlamaların (yakıtlı patlamalar) oranına bağlıdır.

Yapısal Yanıt ve Performans Düzeyleri

Patlamaya dayanıklı tasarım belirli bir hasar miktarına izin verir, ancak kritik yapılar için ortak performans seviyelerini engellemelidir:

  • [FONT:0) Düşük yanıt:[Dönemli kalıcı deformasyon değil, üyeler elastik kalır.
  • [FONT:0)Moderate yanıt:[[Dönetici: 1) Yanma ve sınırlı plastik deformasyon, yapı onarımı.
  • [FONT:0) Yüksek yanıt: [Dönemli plastik rotasyonlar, ancak geçici güç çöküntü önler.

Prestressing çelik, yüksek hasara ve yüksek hasara bağlı olarak yüksek yanıt seviyelerine orta katta kalabilir. Destekte rotasyon genellikle sınırlayıcı faktördür: prestressed üyeler için, maksimum izinli rotasyonlar genellikle, yüksek hasar için 2-4 derecedir ve takviye oranına bağlı olarak 6 derecedir.

Tendons'ı detaylandırmak

Çeliklerin yerleşmesi ve demirlenmesi kritiktir. Tendons, çatlakların bozulmasında azaltılabilir bir baskı oluşturmak için ayarlanmalıdır, ancak patlama-inanma sırasında güçlere karşı dirençli olabilir.

Debonding Teknikleri

Bazı aşırı tasarımlarda, prestressing filamentin bir kısmı betondan (örneğin, tendondaki boşlukları sarmak) daha büyük deformasyon kapasitesine izin vermek için köprü sütunlarında kullanılıyor.Bu teknik patlamaya adapte ediliyor.Debonding kaymak için adapte ediliyor.

Pasive Donment ile Kombinasyon

Tek başına çelik takmak yeterli miktarda tasarruf sağlamayabilir. İyi tasarlanmış bir patlamaya dayanıklı bir element genellikle ek hafif çelik takviye (kesinlikle, kırılmış barlar ve uzunlamasına karşı barlar) sınırlılık ve hear direnci sağlamak için. Örneğin, bir prestressed beton plakada, yakından uzaylı hearlı ısıtılmış beton külotları veya sınırlı tutma bölgesini spalling ve sıkıştırma bloğun istikrarının korunmasına engel olabilir.

Uygulamaları ve Vaka Çalışmaları

Prestressed beton patlamaya dayanıklı yapılar savunma, nükleer ve yüksek güvenlik ticari uygulamaları için on yıllardır kullanılmıştır.

Askeri Bunkerler ve Komut Merkezleri

ABD'nin Mühendisleri Birliği, birçok sertleştirilmiş tesis için prestressed betonu işaret ediyor. Bir örnek, Çeçen Dağı'nda radyasyon kalkanı ile uzlaşmayı engelleyen yeraltı komuta merkezi.

Hükümet binaları ve Embassies

Diplomatik tesislere yönelik saldırılar sonrasında, Yurtdışı Bina Operasyonları Bürosu, sabit patlama kriterlerine uygun olarak inşa edilecek tüm yeni elçilik binalarını gerektirir.Profesyonel beton çerçeveleri ve zeminler ile inşa edilmesi için tasarlanmıştır.Profing sonrası kullanımlar, daha uzun süre boyunca sütun ve mimari esnekliğini azaltırken, katı patlama kriterlerine göre.Bu binalar belirtilen bir araç bomba eşi eşiği altında orta hasar seviyesine uygun şekilde tasarlanmıştır.

Bridge Altyapısı

Köprüler öncelikle patlama yükleri için tasarlanmamıştır, stratejik askeri köprüler ve anahtar taşıma düğümleri patlamayı zorlaştırabilir. Önücük bir yerel başarısızlık durumunda, örneğin Woodrow Wilson Köprüsü gibi, D.C., kırmızıdan çıkarma önlüğü içerir.

Mevcut Yapıların Retrofiti

Unbonded post-tansiyon, ABD Büyükelçiliği'ndeki mevcut beton sütunlarını ve kirişleri patlama direnişi için yükseltmenin etkili bir yöntemidir. Dış tendonları ateşe eklenerek, orijinal geometriyi önemli ölçüde değiştirmeden eksenel sıkıştırma ve bükme kapasitesini artırır. Bu yaklaşım, 1998 bombalamalarından sonra Kahire ve Nairobi'de yeniden düzenlenmiştir.

Meydanlar ve Sınırlar

Avantajlarına rağmen, prestressing çelik patlama tasarımında eşsiz zorluklar getiriyor.

Brittle Tendon Rupture Riskleri

Çok yüksek su kaynakları altında (düşük oranları 10'un üzerindedir) ) 1. D[D:0)[Dönetici: 2 ))))) ancak yüksek çözünürlükte çelik, ABD Ordusu Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Merkezi'nde yapılan araştırmalar, en yüksek elongasyon kapasitesinin çoğunu korurken, verim gücü biraz (strain rate duyarlılığı) artırabilir.

Anchorage Integrity

Bağlanmış sistemlerde, granüller genellikle mekanik demirlemelerle birlikte şarj edilir. Unbonded sistemleri, çekme koşullarına karşı bir güvenlik faktörü ile tasarlanmalıdır.Bu nedenle, demir parçaları genellikle hasardan korunmalıdır.

Maliyet ve Yapılanabilirlik

Prestressing, uzman bir iş, ekipman ve kalite kontrolü gerektirir. Tipik bir patlama-zorlu bina için, geleneksel betonla kıyaslanma işlemi için ek maliyet yüzde 10 ila 25 arasında değişebilmektedir. Birçok durumda, bu prim, üye boyutları ve daha düşük çelik ağırlıkları azaltılır, ancak beton alt işveren ve koruyucu tasarım mühendisi arasında erken koordinasyon gerektirir.

Future Developments in Prestressing Steel for Blast Direniş için

Malzemeler ve analiz teknikleri, koruyucu yapılardaki prestressing çelik rolünü genişletmeye söz verir.

Yüksek performanslı Fiber-Reinforced Polimer (FRP) Tendons

Karbon ve aramid FRP tendonları korozyon bağışıklık ve yüksek çekme gücü sunar, ancak düşük kanallarını (yüzde 2'den fazla elongasyon) şu anda çelik ve FRP yüzeylerini birleştiren bir çelik ve FRP yüzeyleri ile kullanımlarını sınırlar.

Akıllı Prestressing Systems

Prestressing tendonları veya grout dükleri içinde gömülü sensörler, önceden yük seviyelerini izleyebilir ve bir patlama olayı sonrasında hasar tespit edebilir. Fiber-skani ölçümler ve akustik emisyon sensörleri, mühendislerin yıkıcı test olmadan bir yapının mevcut gücünü değerlendirmelerine izin verir. Bu sistemler, ABD federal binaları yaşlanma programı gibi yeni kritik tesislere dahil edilebilir.

Referans Tasarım Yöntemleri

Çelik ve betondaki gerilimler için hesapların ön boyama yapılarının patlama tasarımı için standart hale getirilmesi.TUFC 3 tendon debonding, beton sıkıştırma yumuşatıcısı ve oar başarısızlığı, mühendisler için daha doğru bir tasarım aracı sağlar.

Referanslar ve Daha Fazla Okuma

  • PCI Industry Handbook.ETHFLT:0)Prestressed Concrete in Koruyucu Structures.) Precast/Prestressed Concrete Institute.ETHFLT:2).Available online).
  • ASCE Teknik Konseyi, Dayanıklı Tasarım üzerine kuruludur.ETHFLT:0)Blast Binaların Koruma: Son Gelişmişler.[ Amerikan Sivil Mühendisler Topluluğu.
  • Ngo, T., et al. (2019). "Blast direnişi sonrası beton plakaları: deneysel ve sayısal çalışma." [FONT:0)Uluslararası Etki Mühendisliği Dergisi).
  • ABD Savunma Bakanlığı.ETHFLT:0)UFC 3-340-02: Kazada Patlamaların Etkilerine Karşı Yapılar) (1, 2018 ile)

Betonu sıkıştırmak ve enerjiyi endüksiz deformasyon yoluyla absorbe etmek için önkoşullu çelik yeteneği, patlamaya dayanıklı bir inşaat için vazgeçilmez bir araç haline getirir. Tehdit ortamları gelişti ve tasarım araçları önceden ortaya çıkarıldığında, prestressed beton dünya çapında kritik altyapının güvenliğini desteklemeye devam edecektir.