DJELOVANJE EKSPLOZIJA NA KONSTRUKCIJE

The paper describes the process of determining the blast load on structures and provides a numerical example of a fictive structure exposed to this load. The aim was to become familiar with the issue of blast load because of ever growing terrorist threat and the lack of guidelines from national and European regulations on the verification of structures exposed to explosions. The blast load was analytically determined as a pressure-time history and numerical model of the structure was created in SAP2000. The results confirm the initial assumption that it is possible with conventional software to simulate an explosion effects and give a preliminary assessment of the structure.Dana je analiza opterećenja eksplozijom na konstrukciju te numerički primjer djelovanja na fiktivnu građevinu. Cilj je bio upoznati se s fenomenom eksplozije kao opterećenja na konstrukcije uslijed sve veće terorističke prijetnje te nedostatka smjernica u nacionalnim i europskim propisima o provjeri konstrukcija izloženih djelovanju eksplozija. Analitički je određeno opterećenje eksplozijom kao vremenski zapis promjene tlaka zraka te numerički modeliranja konstrukcija i prethodno određeno opterećenje u programskom paketu SAP2000. Dobiveni rezultati potvrđuju početnu pretpostavku kako je moguće konvencionalnim softverom simulirati djelovanje eksplozije i dati preliminarnu ocjenu stanja konstrukcije

NUMMERISCHE SIMULATION DER EINWIRKUNG EINER EXPLOSION AUF ÜBERFÜHRUNGEN

Nadvožnjak nije moguće učiniti, projektiranjem i/ili izvedbom, apsolutno sigurnim na djelovanje eksplozije jer se ni sama količina eksploziva koja bi se detonirala ispod mosta u nekakvom napadu ne može odrediti s prihvatljivom vjerojatnošću. U radu je analizirano djelovanje tri količine eksploziva detonirane ispod rasponske konstrukcije nadvožnjaka. Promatrano je djelujuće opterećenje, ponašanje i oštećenje rasponskog sklopa nadvožnjaka. Zaključeno je kako sve tri količine eksploziva znatno oštećuju uobičajeni nadvožnjak te uzrokuju rušenje. Nelinearna numerička analiza nadvožnjaka provedena je koristeći hidrokod softver Ansys Autodyn.Overpasses can not be made absolutely safe to explosive action, regardless of interventions made during their design and/or realisation. This is due to the fact that the very quantity of explosive to be activated under the bridge during an attack can not be defined with an acceptable level of probability. Three quantities of explosives activated under the overpass structure are analysed. The load, behaviour, and damage to overpass superstructure are considered. It is stated in conclusion that all three quantities of explosive afflict considerable damage to usual overpasses, and cause their collapse. The nonlinear numerical analysis of the overpass was conducted using the Ansys Autodyn hydrocode software.In Übereinstimmung damit wurde die Wirkung von drei Sprengstoffmengen analysiert, die unter der Konstruktion der Überführung detonierten. Beobachtet wurden die einwirkende Belastung, das Verhalten und die Beschädigung am Überbau der Überführung. Es wurde festgestellt, dass alle drei Sprengstoffmengen eine normale Überführung erheblich beschädigen sowie den Einsturz verursachen. Die nicht lineare nummerische Analyse der Überführung wurde durch Anwendung der hidrokod Software Ansys Autodyn durchgeführt

DJELOVANJE EKSPLOZIJA NA NADVOŽNJAKE

Terorističke aktivnosti postaju sve veći problem svih zemalja svijeta posebno onih koje su članice NATO-a, iako Hrvatska do sada nije bila izložena terorističkim napadima, svojim vojnim angažmanom u mirovnim misijama lako može postati jedna od meta. S obzirom na to da je osnovno oružje prilikom takvih napada eksploziv, realnost situacije dodatno je naglašena s dostupnosti informacija o izradi eksplozivnih naprava, relativnoj lakoći njihove izrade te njihovoj kompaktnosti i prenosivosti. Jedna od mogućih meta spomenutih napada su mostovi, koji su važne infrastrukturne građevine i čije uništenje može imati za posljedicu odsijecanje važnih strateških točaka i visok broj ljudskih žrtava. Takva mogućnost prisiljava inženjere da prilikom projektiranja pokušaju uzeti u obzir opasnost izlaganja mosta snažnom opterećenju uzrokovanom eksplozijom, no za takvo što je prvo nužno podrobnije proučiti učinke eksplozija na mostnu konstrukciju. Budući da su eksperimentalna istraživanja djelovanja eksplozija na konstrukcije složena i skupa, ali i vrlo opasna, proučavanje problema djelovanja eksplozija na mostove u širem razmjeru omogućeno je tek s razvojem numeričkih programskih paketa koji mogu s određenom pouzdanošću simulirati djelovanje eksplozije na složene konstrukcijske tvorevine s također složenim ponašanjem i međudjelovanjima unutar elemenata. Osim toga, tek s računalima koja mogu obraditi velike količine podataka pri takvim simulacijama omogućeno je u racionalnom vremenu osigurati dostatno prihvatljive rezultate. Uzimajući u obzir da djelovanje eksplozija na mostove nije dostatno proučeno, te mogućnosti i nedostatke numeričkih analiza djelovanja eksplozija, za cilj disertacije uzeto je: proučavanje utjecaja parametara eksplozije na numeričke rezultate; obrada, kalibracija i prijedlozi za odabir kontaktnih elemenata za modeliranje mosta; proučavanje i odabir modela ponašanja materijala – zrak, beton, čelik, elastomerni ležaj – na rezultate; optimizacija veličine konačnog elementa zraka i materijala mosta te vremenskog koraka pri proučavanju djelovanja eksplozije; proučavanje djelovanja valne fronte na konstrukciju različitih oblika poprečnog presjeka mosta i rješenja upornjaka. Naglasak disertacije stavljen je na proučavanje djelovanja tri različite količine eksploziva ispod nenadziranog mosta s pretpostavkom kako nagib nasipa te oblik rasponskog sklopa bitno utječu na ponašanje mosta. Analizirani su pločasti poprečni presjeci nadvožnjaka s dva različita oblika pogleda: ravni i zaobljeni. Uz oblik poprečnog presjeka rasponskog sklopa, varirana je i vrsta upornjaka: masivni upornjak s vertikalnim zidom (Tip 1) te olakšani upornjak s propuštenim nasipom, nagiba 1:1,5 (Tip 2). Pri tome je usvojeno da su nadvožnjaci izvedeni od armiranog betona kojemu je u simulaciji omogućeno raspucavanje i drobljenje, interakcija između armature i betona te promjena karakteristika u ovisnosti o brzini nanošenja opterećenja. Dakle, korišteni su zakoni ponašanja materijala koji omogućavaju nelinearno modeliranje ovisno o brzini deformacije i lokalnom oštećenju (jednadžbe stanja). Uporabom odabranih materijalnih karakteristika za elemente nadvožnjaka simulirani su nastanak i širenje oštećenja kroz ukupno trajanje djelovanja eksplozije što je omogućilo procjenu stanja nadvožnjaka nakon prestanka djelovanja valne fronte. Osim toga, simulacije su omogućile zaključak da veličina konačnog elementa zraka znatno utječe na veličinu tlaka vala eksplozije na konstrukciju, te da oblik oslonca (vertikalni zid upornjaka ili propušteni kosi nasip) nemaju kritični utjecaj na veličinu tlaka uzrokovanog detonacijom eksplozivne naprave, budući da se većina oštećenja razvije u početnim trenutcima djelovanja eksplozije, a ne nakon refleksije od susjednih elemenata. Daljnji rad treba usmjeriti prema eksperimentalnim istraživanjima kojima bi se utvrdile stvarne vrijednosti tlakova na konstrukciju te prema njima kalibrirali postojeći numerički modeli. Kalibracija se prvenstveno odnosi na veličinu mreže konačnog elementa samih betonskih komponenti te okolnog zraka kroz koji prolazi valna fronta eksplozije.Terrorist attacks are becoming ever more present problem for all world countries, especially for those who are NATO members and although Croatia was so far exempt from terrorist attacks, whit its involvement in peace missions around the world could easily become one of the targets. Because the main weapon in terrorist arsenal are explosive devices, reality of the situation is additionally emphasis with the fact that nowadays it is very easy to acquire all necessary information about device manufacturing, production is relatively easy and devices can be very compact and portable. Bridges are one of the potential targets because they are important structures in road transportation and their destruction can cause traffic interruption between key points and isolation of certain strategic locations. That possibility enforces engineers to take into account threat of explosive device detonation in their design, but primarily is necessary to conduct an in-depth study of explosive effects on bridge elements. Because experimental investigations of blast loads are complex, expensive and also dangerous, it was possible to analyse the problem on larger scale only after a development of numerical softwares which were able to simulate blast loading on complex structures whit sufficient accuracy. Apart from that, only with the development of computers with high-speed processing capabilities it was possible to obtain acceptable results of blast load simulations in rational time. Taking into account that the influence of the blast loading hasn’t been so far sufficiently investigated and possibilities and shortfalls of numerical analysis, the goal of this dissertation was to investigate the following: influence of blast parameters on numerical results; processing, calibration and proposal for adequate contact elements for bridge modelling; investigation and selection of material models for air, concrete, steel and elastomer; determination of optimal mesh size for air and bridge elements and adequate time step; investigation of blast load influence on bridge behaviour for different types of bridge superstructures and abutments. Dissertation emphasized the investigation of bridge behaviour for detonation of three different explosive quantities under the unmonitored bridge with assumption that the embankment slope and superstructure shape influence overall bridge behaviour. In accordance with aforementioned assumptions two types of bridge superstructure and abutments were analysed: flat (superstructure type 1) and rounded lower face slab cross section (superstructure type 2), and vertical wall abutment without an embankment (embankment type 1) and with an inclined embankment of slope ratio 1:1.5 (embankment type 2). Material used for overpass modelling was reinforced concrete in which cracking, crushing, interaction between concrete and reinforcement was enabled. That means that suitable constitutive equations were used, which enabled modelling of nonlinear concrete behaviour in relation to strain rates and local damage (equations of state). Using adequate material characteristics for overpass elements it was possible to simulate occurrence and spread of damage throughout all time instances during blast loading. This consequently enabled assessment of overpass condition after the simulation. Additionally, simulations showed that blast pressures are significantly affected by air mesh size and that the type of the support (vertical abutment wall or inclined embankment) doesn't have any influence on the blast pressure magnitude because the bulk of damage occurs in initial stages of simulation and is not affected by blast load reflections of adjacent elements. Further research should be directed toward experimental investigation in order to obtain actual pressure values and accordingly calibrate existing numerical models, which primarily relates to the calibration of the finite element mesh size of concrete components and surrounding air through which blast wave front is transmitted

Utjecaj vertikalne komponente potresa na AB nosače velikog raspona

Most of the previous studies in the field of earthquake engineering have neglected the effects of vertical ground motion and are usually guided by horizontal motion. The EN1998 proposes action analysis of the vertical acceleration for certain types of elements and their length and their distance from the active fault. In this paper simply supported beams with various spans, 10, 15 and 20 m, are calculated for the action of real earthquakes with different intensities. Two typical cross sections were chosen: "T" cross section and rectangular cross section. The linear and nonlinear material models were used, and all the models were calculated using rigid and elastic supports. Through the combinations of these different spans, cross sections, material models and types of the supports, the influence and importance of the vertical component of the ground motion is estimated. Based on the results obtained it was concluded that there is a need for the application of vertical acceleration in the seismic analysis of these elements.Dosadašnja su ispitivanja učinaka potresa zanemarivala vertikalno gibanje tla te se uglavnom usmjeravala prema horizontalnoj komponenti. EN1998 daje preporuku analize djelovanja vertikalnog ubrzanja za određene vrste elemenata i njihovih duljina te njihove udaljenosti od aktivnog rasjeda. U radu se analiziraju jednostavno oslonjeni nosači različitih raspona, 10, 15, 20 m te pravokutnog i "T" poprečnog presjeka. Primijenjena su dva tipa oslanjanja, kruti i elastični ležaj te dva tipa modela materijala, linearni i nelinearni. Nosači su podvrgnuti djelovanju četiri realna potresa različitog intenziteta. Na ovaj se način pratila promjena u momentima savijanja nosača u polovici raspona kako bi se vidio doprinos vertikalnog ubrzanja. Na temelju dobivenih rezultata zaključeno je kako za analizirane nosače ipak postoji potreba primjene vertikalne akceleracije prilikom seizmičke analize

REAL-TIME BRIDGE MONITORING

Mostovi su važne infrastrukturne građevine i zbog toga ih je potrebno održavati. Održavanje obuhvaća preglede i popravak uočenih oštećenja. U radu je dan pregled nekih od metoda za kontinuirano motrenje i primjeri njihove primjene na izgrađenim mostovima. Metode koriste: GPS (Global Positioning System; satelitski Sustav globalnog pozicioniranja), akcelerometre, optička vlakna, anemometre, tenzometre. Iako je postavljanje opreme za kontinuirano motrenje mostova isprva skuplje od uobičajenih metoda, ono omogućuje uvid u stanje mosta u bilo kojem trenutku te pravodobno reagiranje.Bridges are important infrastructural objects and they must be maintained. Maintenance includes inspection and repair of identified damages. Paper gives a review of several methods for real-time monitoring. Methods use: GPS (Global Positioning System), accelerometars, optical fibers, anemometers, strain gages. Although the installation of equipment for real-time monitoring is initially more expensive then for conventional methods it enables an insight into a condition of the bridge in any given time and reaction in timely manner

UDAR MOTORNOG VOZILA U STUP MOSTA

As speed limits and traffic on city roads continue to increase, collisions between road vehicles and bridge columns are becoming more common. Current regulations analyze collision with one major simplification: replacing dynamic action with the equivalent static force. In the present paper, we develop a numerical model of a typical Croatian overpass and loaded it with an equivalent static load according to the EN1991-7 and ASSHTO LRFD provisions, analyzing the differences in overpass behavior between them. We compared this to a simplified dynamic analysis, which assumed the impact forces to be impulse loads. Protection measures can be installed around bridge columns that reduce the probability of vehicle collision and open possibilities for reducing collision forces.Udar vozila u stup mosta više nije rijetkost, ponajviše zbog sve veće opterećenosti prometnica i povećanja dopuštenih brzina vozila. Problem udara obrađen je u propisima uz znatno pojednostavljenje, dinamičko djelovanje zamijenjeno je ekvivalentnim djelovanjem statičke sile. Izrađen je numerički model tipičnog mosta na hrvatskim cestama na koji je primijenjena sila udara prema EN1991-7 i ASSHTO LRFD propisima kako bi se pokazala razlika između preporučenih djelovanja. Izvedena je dodatna usporedba s pojednostavljenim dinamičkim proračunom, gdje je sila udara pretpostavljena kao impulsno opterećenje. Oko stupova mostova mogu biti postavljene zaštitne mjere koje umanjuju vjerojatnost pojave udara i omogućavaju smanjenje veličina sila korištenih u proračunu

Usporedba perioda vibracija AB okvirnih konstrukcija s empirijskim izrazima danim u Euronormi 8

For the earthquake design of RC structures, period of vibration is not known immediately, and because of that the simplified expressions are given in the construction rules, which usually link the base period with the height of the construction. The aim of this paper is to verify these empirical expressions, which are given by different authors and Eurocode 8 and to conclude whether the expressions are good enough as a starting assumption for the design of earthquake resistant buildings. Most attention will be devoted to the RC frame structures. When modeling, besides the general requirements on the structures, typical requirements for particular types of structural systems will be applied. Results of the models and empirical expressions will be compared and the conclusion about applicability of the expressions will be drawn.Za potresno projektiranje armiranobetonskih okvirnih konstrukcija period vibracija se ne zna odmah i zbog toga se koriste pojednostavnjene jednadžbe u građevinskim pravilnicima koje najčešće povezuju osnovni period s visinom konstrukcije. Cilj ovoga rada je provjeriti da li su empirijski izrazi dani različitim autorima i Euronormom 8 dovoljno dobri kao početna pretpostavka prilikom potresnoga projektiranja. Najveća pozornost će se posvetiti armiranobetonskim okvirnim konstrukcijama. Prilikom modeliranja osim općih zahtjeva na konstrukciju, primijeniti će se posebni zahtjevi za odgovarajući tip konstrukcijske. Rezultati modela i empirijskih izraza će se usporediti i izvući će se zaključak o primjeni izraza

Blast loading on structures

Dana je analiza opterećenja eksplozijom na konstrukciju te numerički primjer djelovanja na fiktivnu građevinu. Cilj je bio upoznati se s fenomenom eksplozije kao opterećenja na konstrukcije uslijed sve veće terorističke prijetnje te nedostatka smjernica u nacionalnim i europskim propisima o provjeri konstrukcija izloženih djelovanju eksplozija. Analitički je određeno opterećenje eksplozijom kao vremenski zapis promjene tlaka zraka te numerički modeliranja konstrukcija i prethodno određeno opterećenje u programskom paketu SAP2000. Dobiveni rezultati potvrđuju početnu pretpostavku kako je moguće konvencionalnim softverom simulirati djelovanje eksplozije i dati preliminarnu ocjenu stanja konstrukcije.The paper describes the process of determining the blast load on structures and provides a numerical example of a fictive structure exposed to this load. The aim was to become familiar with the issue of blast load because of ever growing terrorist threat and the lack of guidelines from national and European regulations on the verification of structures exposed to explosions. The blast load was analytically determined as a pressure-time history and numerical model of the structure was created in SAP2000. The results confirm the initial assumption that it is possible with conventional software to simulate an explosion effects and give a preliminary assessment of the structure

PRELIMINARY DESIGN OF CABLE-STAYED FOOTBRIDGE

Rad prikazuje idejno rješenje pješačkog mosta preko rijeke Drave u Osijeku. Širina vodene prepreke koju je potrebno premostiti iznosi 195,0 m. Odabrano rješenje je ovješeni armiranobetonski most s jednim ekscentričnim kosim pilonom. Grafički prikaz mosta je izrađen u programskom paketu AutoCad, a numerički model mosta u programskom paketu SAP2000 v14.2. Na osnovi odabranih izmjera pojedinih dijelova konstrukcije, analize promjenjivog opterećenja prema EN1991-2 te odgovarajućih kombinacija opterećenja (EN1990), izvršena je modalna analiza i proračun odgovarajućih reznih sila mosta.This paper presents a preliminary design of a footbridge over the River Drava in Osijek. Width of the water obstacle is 195,0 m. The selected solution is cable-stayed reinforced concrete bridge with an eccentric inclined pylon. Graphical drawings of the bridge were made in AutoCad software package and numerical model in the SAP2000 v14.2 software package. Modal analysis and calculation of the section forces was performed on the basis of selected dimensions of certain parts of the bridge structure, the analysis of variable loads according to EN1991-2 and the appropriate combination of loads according to EN1990

OPTIMUM AXIS FORM OF THE ARCH BRIDGE

Predstavljen je proračun najpovoljnijeg oblika osi luka mosta, koristeći uvjet da moment savijanja od stalnog opterećenja iščezava u svim presjecima. Za danu geometriju prepreke proračunani su oblici luka za različite visine strjelice luka. Nakon toga određene su rezne sile i reakcije u potporama pomoću kojih je određena najpovoljnija strjelica luka i pripadni oblik. Rezne sile su proračunane na štapnom modelu luka koristeći programski paket SAP2000. Opterećenje koje je uzeto u obzir je vlastita težina rasponske konstrukcije koja je pretpostavljena kao rebrasti presjek s pripadnom opremom mosta (ograda, vijenac, pješački hodnik, rubnjak, slojevi kolnika), težina nadlučnih stupova i luka čiji je oblik pretpostavljen kao šuplji pravokutni presjek. Prometno opterećenje i ostala opterećenja ne ulaze u početni proračun, već se koriste u daljnjem proračunu luka na temelju čega se vrše dodatne ispravke oblika.Calculation of the optimum axis shape of the arch bridge is presented using a condition which implies that the bending moment due to dead load is equal to zero in every all arch sections. For a given geometry of the obstacle different types of arch shapes for different arch elevations were calculated. After that, internal forces in the arch and supports forces were calculated by which optimum shape of the arch is determined. Forces were determined on the beam model of the arch using software package SAP2000. The load taken into account was a self-weight of the superstructure that is assumed as a ribbed cross-section with adequate bridge equipment (guard rail, facia, footway, curb, and roadway) and self-weight of arch and arch columns which are assumed to be of a hollow rectangular cross-section. Traffic and other loads didn’t taken into account in preliminary calculations but they are used in further design and based on them axis form is corrected