Modelling of Concrete Structures Subjected to Blast and Fragment Loading

Doktorsavhandling, 2013

Betong är tack vare sin låga kostnad och sitt stora användningsområde ett av de mest använda byggmaterialen i modern tid. Dess stora energiabsorberande förmåga vid höga tryck, samt det sega beteende betongkonstruktioner har vid väl utformad armering, gör betongen också lämplig i skyddande konstruktioner. Responsen hos konstruktioner utsatta för extrem dynamisk belastning, så som stötvågs- och splitterbelastning, är dock förknippad med hög komplexitet och trots många år av forskning världen över är de fenomen som uppstår ännu inte helt klarlagda. Med målsättningen att öka kunskapen om betongkonstruktioners respons vid stötvågs- och splitterbelastning har litteraturstudier, teoretiska analyser och numeriska simuleringar använts på ett iterativt sätt. Den teoretiska grunden för betongmaterialets beteende, karaktärisering av stötvågs- och splitterlaster, lasternas verkan på betongkonstruktioner och dynamiska aspekter på vågpropagering behandlas i sammanläggningsdelen i denna avhandling. Därtill presenteras två numeriska studier. Den första numeriska studien var en jämförande studie av vilken relativ inverkan som tillsättning av stålfibrer i betong har på dess motståndsförmåga mot projektilinträngning. Det kunde konstateras att inträngningsdjupet var relativt opåverkat av fibertillsättningen medan kraterstorleken, på både fram och baksidan av den beskjutna kroppen, minskade. I den andra studien undersöktes responsen hos en armerad betongväggsstrimla vid kombinerad belastning av stötvåg och splitter. Det kunde konstateras att den totala skadan i väggelementet var starkt relaterat till skadan orsakad av enbart splitterbelastningen. Vidare framgick att väggstrimlans mittnedböjning var större för det kombinerade lastfallet än för den sammanlagda nedböjningen orsakad av stötvågs- respektive splitterbelastningarna separat. Detta tyder på en synergieffekt för de kombinerade lasterna. En tredje numerisk studie har utförts inom ramen för det presenterade arbetet. I denna studie har armeringens inverkan på betongens motståndsförmåga vid projektilbeskjutning undersökts. Slutsatsen drogs att armering kan ha viss betydelse för detta motstånd förutsatt att armeringen är lämpligt inlagd. I avhandlingen presenteras även en ny materialmodell (CDPM2) för dynamiskt belastad betong. Modellen har visat god förmåga att beskriva responsen vid ett stort antal lastfall, statiska så väl som dynamiska. I utvärdering av modellen har det visats att genom vissa modifieringar skulle modellens förmåga att beskriva responsen vid stora dynamiska laster kunna förbättras. Vissa riktlinjer för möjliga modifieringar har presenterats, men implementeringen och den vidare utvärderingen av dessa är inte en del av det presenterade arbetet.