Analysis of reinforced concrete columns under blast load

When a structure is subjected to an explosion, it will have a response that differs from the one that arises from a static load. Engineers are used to design for static loads but the common knowledge of how to design for explosions is weak. There are guidelines for how to design for explosions with simplified methods but they are partly outdated and the explanation of how they are derived is vague. This Master thesis compiles some of the most important guidelines and explains the underlying theory. In order to understand the structural response one must first study basic theory of explosions, different material behaviours and basic dynamics, which are also presented in the thesis. A structure can be simplified by transformation into a single degree of freedom- system (SDOF-system), and the reliability of such an SDOF-system is evaluated within this thesis and result of SDOF Calculation are compared with the one obtain from F.E.M Analysis with software Midas Gen. Indeed the SDOF-system is created by using a system point where the maximum displacement will occur, and it is compared to hand calculations for the maximum values and to non-linear finite element analyses. The SDOF-model assumes a specific deflection shape which is taken into account by using certain transformation factors. The simplified methods of calculating the structural response are presented in general, but the examples are made for reinforced concrete columns.

Quando una struttura viene sottoposta ad un carico esplosiovo, la sua risposta sarà del tutto differente da quella che si ottiene da un carico di tipo statico. Generalmente nel campo dell’ ingegneria si sviluppa una progettazione legata al solo utilizzo di carichi statici, ma la commune conoscenza della progettazione di edifice soggetti ad esplosioni è molto limitata. Si possono trovare nei manuali e normative alcune linee guida sulla progettazione di edifice a rischio di esplosioni attraverso l’utilizzo di metodi semplificati, ma in generale risultano in parte superate, nonchè la generale spiegazione del fenomeno. Questa Tesi di Laurea Specialistica raccoglie alcune di queste importanti linee guida e ne sviluppa la teoria che porta alla formulazione di tali approcci tecnici. Si deve inoltre aggiungere che per meglio comprendere la risposta strutturale è necessario conoscere la teoria di base legata al campo delle esplosioni, i diversi comportamenti materiali e le dinamiche di base , anch’essi argomento di tesi . In generale la struttura, e più nel dettaglio il singolo element pilastro, verrà semplificata attraverso la trasformazione ad un solo grado di sistema libertà (SDOF Method), la cui affidabilità sarà oggetto di questa tesi, presentando un confront tra i risultati di calcolo con il metodo SDOF e quelli derivanti da un’analisi FEM con software Midas Gen. Il grado di libertà del sistema è dato considerando il punto di massimo spostamento del sistema, ed in seguito confrontato con calcoli a mano per i massimi valori di spostamento e con analisi agli elementi finiti non lineari. Si considerano quindi metodi semplificati di calcolo ed approcci più tecnici per lo studio della risposta strutturale delle colonne soggette ad un carico esplosivo, considerando come element principe elementi presso-inflessi in cemento armato.