Transcript Tillämpad impulslastberäkning

Tillämpad impulslastberäkning
En impulslast är en intensiv men
kortvarig lastpuls som ger en respons hos den belastade strukturen
som avviker mot den som fås vid
statisk belastning. Beräkningsanvisningar och tillämpande exempel har
tagits fram och i februari 2014
kommer två seminarier baserade på
dessa att genomföras av Myndigheten för samhällsskydd och beredskap (MSB).
En impulslast uppstår vid exempelvis en
explosion. Detta är en möjlig anledning
till att en sådan belastning vanligen relateras till en väldigt extrem händelse såsom
krig eller kriminell verksamhet. Så bör
dock inte vara fallet eftersom det finns
gott om mer vardagsnära exempel i det
civila samhället där olika typer av impulsbelastning kan uppstå, se figur 1:
● Byggnad nära trafikled för explosivt
gods: En byggnad som uppförs inom ett
givet säkerhetsavstånd från en trafikled
där transport av explosivt gods kan ske
ska kontrolleras med hänsyn till impulslast från explosion.
● Tunnlar: Enligt Trafikverkets regelverk ska tunnlar i Sverige dimensioneras
för invändig explosionslast.
● Industrin: Inom industrin hanteras olika typer av brandfarliga gaser och vätskor
som kan resultera i en explosion för vilken utsatta byggnader kan behöva kontrolleras.
● Stötlast: En impulsbelastning måste
inte komma från en explosion. En mer
vardaglig situation är påkörning av ett
fordon eller fartyg. Andra exempel på
stötlast är ett tappat föremål vid lyft, ett
utslungat föremål i en roterande rotor eller
raslast vid ett fortskridande ras i en byggnad.
Gemensamt för samtliga fall är att det
uppstår en impulslast som verkar mot den
utsatta konstruktionen. En sådan last kan
skilja sig väsentligt mot en statisk last och
en dynamisk analys blir därför nödvändig. Problematiken med en impulsbelas-
32
Artikelförfattare är Morgan
Johansson, tekn dr, på Reinertsen
Sverige AB, och Björn Ekengren,
ansvarig för fysiskt skydd på MSB.
Explosion mot byggnad nära trafikled.
Invändig explosion i tunnel.
Explosionsrisk i industrin.
Påkörningsskydd mot fartyg vid brostöd.
tad konstruktion kan delas upp i två områden – att bestämma lasten och att bestämma den resulterande responsen hos den
belastade konstruktionen. Detta medför
tilläggsberäkningar utöver de som normalt utförs och är något som i allt högre
grad blir aktuellt i dagens komplexa byggen.
Det är vanligt förekommande att omvandla en impulslast till en ekvivalent
statisk last som sedan används i den fort-
satta dimensioneringen. För att utföra
denna omvandling krävs det dock en djupare kunskap om den bakomliggande dynamiska responsen – exempelvis beror en
sådan ekvivalent statisk last på egenskaperna hos både impulslasten och den utsatta konstruktionens statiska respons.
Vidare medför en snabb lastpåläggning
tillsammans med konstruktionens dynamik att andra aspekter också kan behöva
beaktas vid dimensioneringen. Detta be-
Figur 1: Exempel på situationer i det civila samhället när kunskap om
impulsbelastade konstruktioner är av nytta.
Tabell 1: Utgivna och kommande beräkningsdokument i MSB:s serie Beräkning av
impulsbelastade konstruktioner.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Samlingsdokument:
● Introduktion
● Dokumentförteckning
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Beräkning för last:
Anvisning
Exempel
● TNT-explosion i det fria
● Last från TNT-explosion i det fria
● Gasexplosion i det fria
● Last från gasexplosion i det fria
● Splitterverkan
● Last från splitterverkan
● Kombinerad luftstötvåg och splitter
● Last från kombinerad luftstötvåg
och splitter
● Kolliderande massa
● Last från kolliderande massa
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Beräkning för strukturrespons:
Anvisning
Exempel
● Strukturrespons vid impulsbelastning
● Enkelspänd betongvägg
● Central differensmetod
● Stålram
● Strukturrespons vid splitterverkan
● Splitter mot enkelspänd betongvägg
● Strukturrespons vid kolliderande massor ● Kolliderande massa mot barriär
● Moment som brottkriterium
● Linverkan
● Tvärkraft som brottkriterium
● Linverkan
Bygg & teknik 7/13
delade i hur last från
en explosion eller en
stöt bestäms respektive
vilken strukturrespons
som fås när en sådan
last verkar på en konstruktion. Syftet med
detta upplägg är att
underlätta den praktiska tilllämpningen av
information i referensdokumenten och därFigur 2: Från problemställning till problemlösning av
igenom fungera som
en impulsbelastad konstruktion. Referensdokument och
en bra introduktion i
exempel utgör teoretisk bakgrund respektive
ämnet, se figur 2.
tillämpning av anvisningarna.
Beräkningsanvisningarna baseras på en
handlas ingående i MSB:s referenslittera- av MSB framtagen teoretisk referenstur samt övergripande i en artikel i Bygg litteratur och innehåller en sammanställ& teknik 7/12.
ning av centrala ekvationer, tabeller och
diagram. Till respektive anvisning finns
Beräkningshjälpmedel för
sedan ett eller flera beräkningsexempel i
impulsbelastade konstruktioner
vilket tillämpningen av anvisningens inMSB ansvarar för befolkningens fysiska nehåll utförligt illustreras. Olika beräkskydd. I detta ingår effekten av extraordi- ningsexempel är i sin tur kopplade till
nära belastningar såsom impulslasten från varandra så att det är möjligt att följa en
en explosion. Eftersom responsen hos en fullständig beräkningsgång från att beutsatt struktur skiljer sig jämfört med vad stämma aktuell last till kontroll av belassom fås vid en statisk last måste krav och tad konstruktion, se figur 3.
lösningar i normgivningen hantera detta,
Beräkningsdokumenten finns, tillsamnågot som ställer höga kunskapskrav om mans med övrig referenslitteratur inom
både last och dynamisk strukturrespons.
området, upplagda på MSB:s hemsida
Inom kunskapsområdet fysiskt skydd varifrån den intresserade enkelt kan ladda
pågår därför ett långsiktigt arbete med att ner dem. Hemsidan uppdateras regelbuninförskaffa, utveckla samt bevara denna det med nytt material allteftersom sådant
kunskap. Resultatet samlas i referensdo- tas fram eller när en revidering av tidigare
kument på olika nivåer inom området och utgivet dokument görs. Det är även möjfinns redovisat i ett antal publikationer. ligt att anmäla sig för att få mejl om uppDetta är dock inte tillräckligt, kunskapen dateringar när sådana görs. Intresserade
måste även aktivt användas för att bibe- konstruktörer uppmuntras även att komhålla en god nivå. Det bästa sättet att över ma in med åsikter och förslag på lämpliga
tiden uppfylla detta mål är att kunskapen frågeställningar som kan komma att beom impulsbelastade konstruktioner når en handlas i framtiden.
stor tillämpande bredd och för MSB är
det därför viktigt att även föra ut den till Seminarium 2014
andra intressenter i branschen.
Som ett led i arbetet med att öka kompeSom ett led i detta påbörjades 2012 ar- tensnivån om impulsbelastade konstrukbetet med att ta fram en serie av fristå- tioner i branschen kommer MSB under
ende beräkningsdokument, Beräkning av 2014 genomföra två endagarsseminarier i
impulsbelastade konstruktioner, se ta- Stockholm respektive Göteborg, se faktabell 1. Dessa är indelade i tre grupper: ruta. På dessa seminarier kommer förfatsamlingsdokument, anvisningar samt ex- tarna till framtagna beräkningsdokument,
empel. De två sistnämnda är i sin tur upp- Morgan Johansson och Joosef Leppänen,
Seminarium om impulsbelastade
konstruktioner
Stockholm, 18 februari 2014
Göteborg, 25 februari 2014
Mer information samt möjlighet till
anmälan finns på www.
msb.se/skyddsrum.
●
●
att presentera och diskutera ett urval av
materialet. Seminarierna kommer vara
upplagda som ett antal föreläsningar där
bakomliggande teori, beräkningsanvisningar och beräkningsexempel kommer
att gås igenom. Hur lastbestämning går
till kommer att beröras kort men fokus
kommer att ligga på den strukturella responsen hos en impulsbelastad konstruktion.
Seminarierna riktar sig främst till verksamma konstruktörer med ett intresse av
ökad kunskap om impulsbelastade konstruktioner, men även för andra aktörer
inom byggande kan framställningen vara
av värde. Presentationsmaterialet kommer att vara relativt beräkningsintensivt
men ligga på en sådan nivå att en konstruktör med en kunskapsnivå motsvarande den för en civilingenjör inom Väg
och Vatten kan följa och ta till sig informationen. Intresserade anmäler sig till seminariet på MSB:s hemsida. Där kommer
även mer detaljerad information att läggas upp när denna blir tillgänglig.
■
Referenser
Johansson M., Leppänen J. & Ekengren B. (2013): Beräkning av impulsbelastad konstruktion (fristående dokument
enligt tabell 1). Myndigheten för samhällsskydd och beredskap, Publ.nr B01
till B05, Karlstad.
Johansson M., Ekengren B. & Laine
L., Leppänen J. (2012): Beräkningsanvisningar för strukturell dynamisk respons
vid explosionsbelastning. Bygg & teknik
7/12, Stockholm.
Dessa referenser samt MSB:s övriga
referenslitteratur inom kunskapsområdet
fysiskt skydd finns att ladda ner gratis på
MSB:s hemsida: www.msb.se/skyddsrum.
Figur 3: Schematisk illustration av koppling mellan referensdokument, beräkningsanvisning och beräkningsexempel.
Bygg & teknik 7/13
33