Experimental Study of Concrete Subjected to Explosive Loading

The main subject of this paper was to demonstrate the response of structural concrete to different imposed strain rates. Attention is focused on the strain rate about 10^-2 s^-1, where some technical difficulties are experienced when an exact determination of mechanical properties for quasi-brittle materials is attempted. The design of a measurement system, which realizes computer acquisition, analysis and graphics pictures viewing of date, is also presented.Выполненные экспериментальные исследования свидетельствуют о влиянии различных скоростей деформирования на прочность конструкционного бетона. Особое внимание уделено скорости деформирования 10^-2 с^-1 для которой проблематично точно определить механические характеристики квазихрупких материалов. Приведена новая конструкция системы измерения, в которой реализуются компьютеризованное получение, обработка и графическое представление экспериментальных данных.Проведені експериментальні дослідження свідчать про вплив різної швидкості деформування на міцність конструкційного бетону. Особлива увага зосереджена на швидкості деформування 10^-2 c^-1 , для якої проблематично точно визначити механічні характеристики квазікрихких матеріалів. Наведено нову конструкцію системи вимірювання, в якій реалізуються комп’ютеризоване одержання експериментальних даних, їхня обробка та графічне зображення

Methods of generating of pressure impulse in air for evaluation of explosive resistance of construction elements

Wymagania stawiane niektórym przemysłowym i publicznym obiektom budowlanym zostały poszerzone o kryterium odporności na impuls ciśnienia wytworzony przez przypadkowy wybuch lub zamierzony atak terrorystyczny. Elementami szczególnie wrażliwymi, a jednocześnie odpowiedzialnymi za bezpieczeństwo ludzi i wyposażenia w obiekcie budowlanym, są okna, drzwi, żaluzje oraz urządzenia wentylacyjne. Badania odporności wybuchowej wymienionych elementów konstrukcji obiektów oraz nadawanie im klas bezpieczeństwa określają normy europejskie ustanowione w ostatnich latach. Podstawowym narzędziem do przeprowadzenia badań odporności wybuchowej jest generator impulsu ciśnienia o czasie trwania min. 20 milisekund oraz amplitudzie rzędu ułamka megapascala. Autorzy zaproponowali zastosowanie generatorów składających się z kombinowanego ładunku detonującego oraz wybuchowego (typu pirotechnicznego), które wytwarzają silny impuls ciśnienia w powietrzu. Parametry impulsu można regulować w szerokich granicach, zmieniając masę ładunków oraz sposób ich inicjowania. W artykule opisano zastosowanie opracowanego generatora impulsu ciśnienia w powietrzu do oceny odporności wybuchowej drzwi i okien przemysłowych.For some cases the construction elements used in building and engineering should show special properties, namely the resistance against the shock waves generated by accidental or purposely caused explosions. The most sensitive elements of a construction structure on the action of shock waves are windows, doors, shutters and air condition/ventilation parts. The UE authorities established the procedure for testing and classifying the explosive resistance of mentioned elements. The key problem in the evaluation of explosive resistance is the method of generation of a pressure impulse. In the paper different methods are tested and the shape of pressure impulse is discussed. The new method of generating the air blasts with requirement parameters is described and used for determination of explosive resistance of the building elements

Enhancing the pressure impulse generated by the detonation of explosives

Impuls ciśnienia wywołany detonacją silnego materiału wybuchowego jest wykorzystywany do niszczenia rozmieszczonych w gruncie min przeciwpancernych i przeciwpiechotnych. Zwiększenie wartości impulsu ciśnienia i możliwość regulacji jego przebiegu w czasie może poprawić efektywność rozminowania terenu. Zaproponowano koncepcję zastosowania wysokokalorycznej mieszaniny pirotechnicznej o wysokiej prędkości spalania jako części ładunku wybuchowego generującego impuls wybuchowy. Przeprowadzono proby strzałowe z małymi ładunkami (50 g) heksogenu i plastycznego MW z dodatkiem takiej mieszaniny mające na celu wzmocnienie generowanego impulsu ciśnienia. Przebieg ciśnienia w czasie rejestrowano czujnikami piezoelektrycznymi. Przeprowadzono rownież poligonowe proby z liniowymi ładunkami plastycznego MW i mieszaniny pirotechnicznej o łącznej masie 3 kg porownując generowane impulsy ciśnienia za pomocą przyrządów mechanicznych. Uzyskano przyrost wartości impulsu ciśnienia do kilkunastu procent w stosunku do impulsu generowanego przez plastyczny MW.The impulse pressure caused by detonation of high explosive charge is used for neutralising antitank and antipersonnel mines placed in the ground. A way to improving the demining effectiveness is by the increasing the pressure and controlling a shape of such impulse. In the paper the application of a high energetic pyrotechnic mixture with high burning rate as a part of an explosive charge was proposed to generate the enhanced pressure impulse. Experiments with 50g charges of RDX and plastic explosive MWP-14 with addition of the pyrotechnic mixture were carried out. Piezoelectric gauges were used to record time pressure diagrams. Large scale experiments with 3 kg linear charge of plastic explosive and pyrotechnic mixture were also carried out. Total pressure impulses were compared using different types of mechanical devices. The increase of the impulse pressure was evaluates as more than 15%

Mechanical behaviours of cement based materials at high rates of strain

Dynamical compressive testing of cement based materials' specimens were carried out on an experimental set-up realizing the traditional Kolsky technique, as well as, on a stand for testing standard cubic specimens under explosive loads. Determination of strengths of structural and sandy concretes, and cement mortar in compression and development of stress-strain relationships, including post-failed parts, were the main aim of presented investigations. The experimental methods presented here enable conducting of strength testing of structural and sandy concrete, and cement mortar under dynamic loads at a predetermined velocity of load increase, during its increase up to the moment of specimen's fracture, as well as, to obtain post-failed stress-strain relationships

Investigations of reinforced concrete elements strengthened by laminates under explosive loading. Part 1, Description of investigation programme and investigations of structural materials

W pracy przedstawiono motywację podjęcia oraz koncepcję realizacji zamierzenia badawczego. W pierwszej części pracy przedstawiono opis programu badań doświadczalnych elementów żelbetowych. Badania przeprowadzono dla trzech rodzajów elementów żelbetowych zwykłych bez dodatkowego wzmocnienia oraz dla elementów wzmocnionych wysokowytrzymałościowymi powłokowymi laminatami z włókien aramidowych, szklanych i węglowych. Opisano stanowiska do badania elementów obciążonych wybuchowo. Przedstawiono charakterystykę oddziaływania wybuchu na badane elementy wraz z metodą szacowania obciążenia wybuchowego. Zaprezentowano wyniki badań materiałów konstrukcyjnych: betonu, stali zbrojeniowej i laminatów wykorzystanych do wykonania belek, słupów i płyt żelbetowych będących przedmiotem badań w pracy.The justification of undertaking and a conception of realization of the investigations of reinforced concrete elements under the explosive load were presented in the paper. The description of the experimental investigations programme of reinforced concrete elements was introduced in the present part of the paper. The investigative stands and the method of the investigations in which impulsive loading was generated by the explosive material were described. The characteristics of influence of explosion on investigative elements were introduced and the method of estimation of the loading values on the considered elements was given. The results of the investigations of the structural materials of which studied reinforced concrete elements were made were introduced in the present part of the paper. Investigations concerned to the concrete, reinforcing steel, and laminates from aramide, glass, and carbon fibres

Investigations of reinforced concrete members strengthened by laminates under explosive loading. Part 2, Experimental results for reinforced concrete beams and columns

W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych belek i słupów żelbetowych. Badania przeprowadzono dla elementów żelbetowych zwykłych bez dodatkowego wzmocnienia oraz dla elementów wzmocnionych wysokowytrzymałościowymi powłokowymi laminatami z włókien aramidowych, szklanych i węglowych. Zasadniczym celem pracy jest prezentacja wyników badań, na które składają się schematy mechanizmów zniszczenia oraz podstawowe parametry reakcji dynamicznej badanych elementów.The results of the experimental investigations of reinforced concrete beams were introduced in the present part of the paper. Investigations were carried out for two kinds of reinforced concrete elements, i.e. plain elements without the additional strengthening and for elements strengthened by high-strength coating laminates made from aramide, glass and carbon fibres. Principal aim of the paper is introduction of the results of the investigations, i.e., the schemes of the failure mechanisms, change in the time of the support force, displacements and acceleration parameters

Investigations of reinforced concrete members strengthened by laminatesunder explosive loading. Part 3, Experimental results for reinforced concrete beams and columns

W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych płyt żelbetowych. Badania przeprowadzono dla elementów żelbetowych, zwykłych bez dodatkowego wzmocnienia oraz dla elementów wzmocnionych wysokowytrzymałościowymi powłokowymi laminatami z włókien aramidowych, szklanych i węglowych. Zasadniczą częścią pracy jest prezentacja wyników badań, na które składają się schematy mechanizmów zniszczenia oraz trwałe przemieszczenia płyt.The results of experimental investigations of reinforced concrete plates were introduced in the present part of the paper. Investigations were carried out for two kinds of reinforced concrete elements, i.e., plain elements without additional strengthening and for elements strengthened by high-strength coating laminates made from aramide, glass, and carbon fibres. The schemes of failure mechanisms and the permanent displacements of plates were presented as the principal results of the investigations. It was stated in the result of investigations, that reinforced concrete structural elements strengthened by high-strength laminates show, under the explosive loading enlargement the carrying capacity, decrease in displacements, the limitation of the destruction areas of the concrete, enlarged ability to absorption of the energy. The respective parameters of effort and deformation depend on the kind of material strengthening and the configuration of the strengthening. It was confirmed that the application of coating strengthening generates the new effects of local type in reinforced concrete elements, namely swelling the concrete under laminate, the thread and superficial separation of the laminate, in this on the whole surface, the tearing the laminate and, first of all, decrease in the range of the failure of the element and elimination of the spread of the damaged fragments of the concrete