A Method for Simulation of Structural Response of a Full Scale Building Subjected to Air Blast Load

Även om betydande framsteg har uppnåtts med numerisk simulering av betongkonstruktioner baserade på solidelement och avancerade konstitutiva materialmodeller, är simulering av en hel byggnadskonstruktion fortfarande oöverkomlig med utnyttjande av solidmodeller. Begränsningen beror på att både hårdvara och mjukvara ofta hindrar en simulering med rimlig omfattning. Strukturella element såsom balk- och skalelement i simuleringarna har blivit nödvändiga när storleken på strukturen ökar. Att identifiera fördelar och begränsningar med dessa strukturelement är avgörande för modellering, noggrannhet och beräkningseffektivitet. I denna studie granskas strukturella skalelementtyper som finns i LS-DYNA med avseende på den teoretiska bakgrunden, deras fördelar och begränsningar för allmän förståelse och riktlinjer för deras användning vid simulering av fullskaliga betongkonstruktionen. Dessutom granskas materialmodeller för den konkreta tillämpningen med konstruktionselementet för att öka förståelsen av hur materialmodeller och materialparametrar ska användas för att karakterisera de betong och armering. Flera strukturella lösningar för simulering har studerats för en förenkling av den numeriska modellen av armerade betongkonstruktioner. Armeringen i betongen har beaktats i en modell med armeringsstängerna explicit modellerade som strukturella balkelementet, eller fördelad i ett skikt i skalelementen av betong, samt möjligheten som ges av att fördela armeringen jämnt i skalelementet. Valideringar och kontroller har utförts med de experimentella resultaten för både tjocka och tunna betongelement med asymmetrisk armering. Valideringar visade att explicit modellering av armeringsjärn i betong, tillsammans med fullt integrerad skalformulering ger den mest korrekta lösningen. En sådan lösning ger en simulering med nästan liknande noggrannhet som den med solidmodellering med fin elementindelning, förutom i det fall där stora lokala skador uppkommer. Jämfört med solidmodellering för de experimentella testerna är simuleringar med strukturelement och explicit modellering av armeringsjärn mycket snabbare. En generisk strukturmodell har skapats i detta arbete för en hel byggnad och sexton våningar med 96 lägenheter. Denna modell har använts för att undersöka effektiviteten av olika lösningsmetoder. Med den generiska modellen har flera fall studerats med luftstötvågsbelastning av olika laddningsvikter och placeringar. Jämfört med en enkel metod som använder tryckimpulstäthetskriterier ger fullskaliga simuleringar mer insikt i hur en byggnad påverkas av belastningen. Det visar sig att signifikanta skillnader kan uppstå mellan den förenklade metoden och fullskalig simulering. Det demonstreras att olika kritiska aspekter såsom den allmänna sprickbildningen, risk för skador av kaststycken och byggnadskollaps kan bedömas med en fullskalig simulering.