BLEVE-bestendige overkapping 9 november 2005 BLEVE-bestendige overkapping Een studie naar de...

BLEVE-bestendige overkapping

9 november 2005

BLEVE-bestendige overkapping

Een studie naar de haalbaarheid van een BLEVE-bestendig ontwerp ten behoeve van overbouwing.

ir. C. van der Vliet (Rijkswaterstaat)dr. ir. A.H.J.M. Vervuurt (TNO Bouw en Ondergrond)

9 november 2005

BLEVE-bestendige overkapping 2

inleiding

• infrastructuur is maar lastig• zand erover (of beton)• nieuwe ruimte benutten:

meervoudig ruimtegebruik• maar...

Dit willen we niet.Glashelder.

Is het constructief haalbaar om een rijksweg zó te overkappen dat bovenliggende bebouwing geen blijvende schade ondervindt van een BLEVE op de weg?

9 november 2005


case study: A2 Leidsche Rijn

• 1 km overkapte snelweg• Hoofdrijbanen 2x3, Parallelbanen 2x2• DODO• Deel geschikt voor overbouwing?

9 november 2005


wat is een BLEVE?

• Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion

• Voorwaarden:– tot vloeistof verdicht gas + verzadigde damp– relatief hoge druk– plotseling bezwijken omhulling

• Effect:– verzadigde damp zet plotseling uit: primaire blast– druk daalt plotseling en vloeistof gaat explosief

koken: secundaire blast

• Drukgolf:– vorm– piekdruk– impulsinhoud

p0

p>>p0

p0

p

p

t

9 november 2005


probleemschets

• explosie op hoofdrijbaan• bebouwing steunt af boven

wanden• ruimte aanwezig tussen

tunneldak en eerste vloer• probleemreductie: zorg ervoor

dat wanden blijven staan zonder grote vervormingen.

• massa en stijfheid bebouwing onbekend bovengrens opgelegde verplaatsingen.

9 november 2005


opzet & aanpak

definitie uitgangspunten en criteria

modelontwikkeling

referentieberekening

varianten: versteviging

referentieconstructieBLEVE-belastingbeoordelingswijzecriteria

benchmarkingalgoritmesmodelbouwvalidatie

model o.b.v. referentieontwerpvalidatieaanbevelingen varianten

meer wapeningmeer betonconstructievariantendwarskrachtwapening

Rijkswaterstaat uitvoerendmeelooptraject TNO

inbreng expertise t.a.v. EEM en explosies

verkennen modelvormgeven fase II

TNO uitvoerend

vertrouwd met modelrisico gering

doorlooptijdrisicobeheersing

toetsbaarheid

doorlooptijdrisicobeheersing

toetsbaarheid

9 november 2005


uitgangspunten

• 2D plane strain• BLEVE-drukken• toetsen:

– vervormingsbeeld

– buiging: < u

– dwarskracht: 1s

0

5

10

15

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

tijd [seconde]

druk

[bar

]

0.2 sec, ter plaatse

0.2 seconde, op afstand

instantaan, ter plaatse

instantaan, op afstand

9 november 2005


benchmarking

• elementgrootte– golfvoortplanting– niet-lineair materiaalgedrag

• tijdstap– frequentie-filter– stabiliteit rekenproces

• validatie– vergelijking frequenties met theorie

p(t)

tdy

xx

x

y

20 m

0.6 m

middenvlak

0

5

10

15

20

-0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

tijd [s]

p(t

) [b

ar]

9 november 2005


benchmarking - modellen

• elementgrootte 0.3 m en 0.05 m

• tijdstap 1 ms en 0.1 ms

• verplaatsingen en spanningen

9 november 2005


benchmarking - verplaatsingen

• let op eerste stap• beschouwde

elementgroottes en tijdstappen voldoen voor verplaatsingen

9 november 2005


benchmarking - spanningen

• let op eerste stap• grote tijdstap (1 ms) filtert

hoge frequenties weg• globaal beeld komt overeen

9 november 2005


benchmarking - golfvoortplanting

5 m

9 knopen op 1 golflengte:maximale knoopafstand 0.6 m

t.b.v. niet-lineair materiaalgedrag 11 integratiepunten over de dikte: elementafmeting 0.15-0.3 m

9 november 2005


benchmarking - frequenties

frequentie [Hz]

referentiemodel

theorie

wand 5632-72

(afhankelijk van inklemming)

dak 9 à 10 9.8

9 november 2005


model referentieberekening

• 2D plane strain en infinite shells• ingebedde wapening• beton:

– Total Strain model, rotating smeared cracking– Plasticiteit

• staal:– Plasticiteit (Von Mises)– Hardening

• karakteristieke statische materiaaleigenschappen

• tijd-integratie: Hilbert-Hughes-Taylor (= -0.1)

9 november 2005


model referentieberekening

9 november 2005


resultaten referentieberekening

• vb berekening I: lage druk (piekdruk 4.35 bar)

9 november 2005


referentieberekening - rekken

• drukdiagonaal bezwijkt (dwarskracht)

• wapening vloeit lokaal, maar bezwijkt niet (buiging)

omhullende tweede hoofdrek

rek in de tijd

9 november 2005


vergelijk: één-massa-veersysteem

• op basis van eenvoudige analyse (buiging): staal vloeit, maar bezwijkt niet

druk-impulsdiagram:¥ belasting

--- responsstadia------

9 november 2005


referentieberekeningscheuren en vervorming

• wanden bezwijken op dwarskracht en buiging

• dag reageert traag

9 november 2005


conclusies referentieberekening

• explosieberekeningen incl. scheurvorming en plasticiteit uitvoerbaar

• referentie-ontwerp niet bestand tegen BLEVE van 50 m3 LPG

• wanden bezwijken eerst (dwarskracht en buiging)

• verstevigen:– verhogen wapeningspercentage langswapening– constructieve vloer in middentunnelkanaal– dikkere wanden– dwarskrachtwapening

9 november 2005


varianten: gestapelde maatregelen

• effect meer hoofdwapening: maximum wapeningspercentage

• verstevigen zwakke wand:constructieve vloer in middentunnelkanaal

• verder verstevigen wanden:verhogen betondikte

• dwarskrachtwapening

9 november 2005


effect maatregelen

variant 1:maximum wapening

voldoen alleen met betrekking tot buigdraagvermogendrukdiagonalen bezwijken

variant 2:constructieve vloer

variant 3:dikkere wanden

variant 4:beugels

voldoet

Variant 3 en 4: Dakverplaatsing

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

time (sec)

ve

rpla

ats

ing

(m

)

variant 3 - dak

variant 4 - dak

Variant 3 en 4: Wandverplaatsingen

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

time (sec)v

erp

laa

tsin

g (

m)

variant 3 - linkerwand

variant 3 - rechterwand

variant 4 - linkerwandvariant 4 - rechterwand

9 november 2005


variant 3: maximum wapening, tussenvloer en dikkere wanden

rek langswapening

9 november 2005


variant 4: max. wapening, tussenvloer, dikkere wanden en beugels

rek langswapening

9 november 2005


variant 4

betonspanningen

9 november 2005


variant 4

rek beugelwapening

9 november 2005


evaluatie maatregelen

• tussenvloer niet zinvol• langs- en beugelwapening alleen waar

nodig• optimaliseren:

– balans langswapening en wand- / dakdikte– balans beugelwapening en wand- / dakdikte

9 november 2005


evaluatie rekenproces

• combinatie dynamisch gedrag en niet-lineaire materiaaleigenschappen geeft geen grote problemen

• toch effect tijdstapgrootte als gevolg van niet-lineair materiaalgedrag

• grillige rekken– lokaal effect convergentie– interpolatie/extrapolatie

9 november 2005


conclusies en aanbevelingen

• BLEVE-bestendige overkapping constructief haalbaar

• ‘vliegende start’ via meelooptraject• explosieberekeningen met niet-lineair

materiaalgedrag uitvoerbaar• onderzoek spreiding BLEVE-drukken• onderzoek effecten dynamisch

materiaalgedrag• onderzoek effect bond-slip en

verankering

BLEVE-bestendige overkapping 9 november 2005 BLEVE-bestendige overkapping Een studie naar de...

Documents

Transcript of BLEVE-bestendige overkapping 9 november 2005 BLEVE-bestendige overkapping Een studie naar de...