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Publicação
PROTECTION OF INFRASTRUCTURES AGAINST EXPLOSIONS USING DUCTILE BLAST ENERGY-ABSORPTION CONNECTORS
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Resumo(s)
A proteção de edifícios e outras estruturas contra explosões constitui uma preocupação crescente para as autoridades civis e militares, visando preservar vidas e assegurar a continuidade do negócio ou das operações. Esta investigação explora o uso de um sistema de absorção de energia empregando o mecanismo de inversão externa livre em tubos de aço, aproveitando as suas caraterísticas apropriadas, como a disponibilidade de materiais, facilidade de fabricação, estabilidade, previsibilidade na absorção de energia, flexibilidade de projeto e eficiência. A flexibilidade do mecanismo de inversão externa livre permite que se selecionem uma ampla variedade de parâmetros, incluindo diâmetro, espessura, propriedades do aço e curso deformável, proporcionando uma solução adaptável para ameaças específicas de explosão e níveis de proteção pretendidos.
A pesquisa envolveu uma revisão detalhada do estado-da-arte, seguida pelo desenvolvimento, caracterização estática e validação experimental do conector dissipador de energia através de uma campanha de ensaios com explosões à escala real. Os resultados indicam que o sistema reduz efetivamente a deformação do painel e as forças laterais na estrutura a proteger, demonstrando resistência a excentricidades de carga dentro de certos limites.
Os modelos de cálculo simplificados mostram-se confiáveis para calcular o comprimento de inversão e prever a resposta do painel de fachada e da estrutura protegida face a uma ação de explosão, oferecendo uma precisão aceitável quando comparados com análises numéricas mais sofisticadas.
Destaca-se ainda a natureza iterativa do processo de cálculo, em que, se a resposta exceder os limites definidos no projeto, podem ser feitos ajustes, redefinindo o cenário de explosão ou modificando a geometria e propriedades dos materiais do painel de fachada. Esta abordagem iterativa permite o aperfeiçoamento e otimização do sistema de proteção até que o nível de desempenho desejado seja atingido.
Esta investigação oferece uma abordagem aprofundada relativamente às considerações de projeto e sobre o processo iterativo de melhoria da proteção estrutural face a explosões, contribuindo para o esforço de mitigação dos riscos colocados pela ameaça explosiva. O sistema de proteção desenvolvido apresenta uma reconhecida eficiência, ainda que se considere necessário prosseguir com experimentação subsequente no sentido de explorar a sua aplicabilidade e eficácia face a um leque mais abrangente de condições de carregamento dinâmico.
Protecting buildings and structures against explosive events is a growing concern for both military and civilian authorities, aiming to safeguard lives and ensure uninterrupted operations. This research explores the use of an energy-absorbing connector system, employing external inversion mechanisms of steel tubes, due to its favorable characteristics such as material availability, ease of manufacturing, stability, predictability of energy absorption, design flexibility, and efficiency. The flexibility of the external inversion mechanism allows to select from a wide range of parameters, including diameter, thickness, steel properties, and stroke, providing a customizable solution based on specific blast threats and desired protection levels. The research entails a comprehensive state-of-the-art review, followed by the development, static characterization, and experimental validation of the energy-absorbing connector system through full-scale blast testing. The findings indicate that the system effectively reduces panel deflection and lateral forces in the protected structure, demonstrating resistance to load eccentricities within certain limits. Simplified analytical models are shown to provide reliable results for calculating inversion demand and predicting blast effects on the protected structure, offering acceptable accuracy compared to more sophisticated numerical analyses. However, additional blast testing is recommended to further validate the theoretical and numerical models. The iterative nature of the design process is emphasized, whereby if the structure's response exceeds predetermined limits, adjustments can be made by redefining the blast scenario or modifying the cladding geometry and properties. The iterative approach enables refinement and optimization of the protective system until the desired level of performance is achieved. This research provides valuable insights into the design considerations and iterative process involved in enhancing structural protection against blast loading, contributing to the ongoing efforts to mitigate the risks posed by explosive events. The developed protective system exhibits promising effectiveness, yet further research and experimentation are necessary to explore its applicability under a wider range of blast loading conditions.
Protecting buildings and structures against explosive events is a growing concern for both military and civilian authorities, aiming to safeguard lives and ensure uninterrupted operations. This research explores the use of an energy-absorbing connector system, employing external inversion mechanisms of steel tubes, due to its favorable characteristics such as material availability, ease of manufacturing, stability, predictability of energy absorption, design flexibility, and efficiency. The flexibility of the external inversion mechanism allows to select from a wide range of parameters, including diameter, thickness, steel properties, and stroke, providing a customizable solution based on specific blast threats and desired protection levels. The research entails a comprehensive state-of-the-art review, followed by the development, static characterization, and experimental validation of the energy-absorbing connector system through full-scale blast testing. The findings indicate that the system effectively reduces panel deflection and lateral forces in the protected structure, demonstrating resistance to load eccentricities within certain limits. Simplified analytical models are shown to provide reliable results for calculating inversion demand and predicting blast effects on the protected structure, offering acceptable accuracy compared to more sophisticated numerical analyses. However, additional blast testing is recommended to further validate the theoretical and numerical models. The iterative nature of the design process is emphasized, whereby if the structure's response exceeds predetermined limits, adjustments can be made by redefining the blast scenario or modifying the cladding geometry and properties. The iterative approach enables refinement and optimization of the protective system until the desired level of performance is achieved. This research provides valuable insights into the design considerations and iterative process involved in enhancing structural protection against blast loading, contributing to the ongoing efforts to mitigate the risks posed by explosive events. The developed protective system exhibits promising effectiveness, yet further research and experimentation are necessary to explore its applicability under a wider range of blast loading conditions.
Descrição
Palavras-chave
Sistema de Proteção Onda de Choque Conectores de Absorção de Energia Explosões