انفجار واکنش شیمیایی مواد منفجره است که انرژی قابل ملاحظه ای را آزاد می نماید. در اثر فشار و دمای بسیار زیاد، مواد منفجره به گاز تبدیل شده و با افزایش بسیار سریع فشـار هـوا، مـوج انفجـار بوجود می آید که با سرعت اولیه حدود ٢٠٠٠ تا ١٠٠٠٠ متر بر ثانیه منتشر می‌شود. بارهای ناشـی از برخورد موج انفجار به سازه و زمان تاثیر آن، براساس مفاد این فصل تعیین می‌شود. حوزه شمول این فصل مطابق جدول ٢١-١-٢- الف می‌باشد.
٢١-٣-١- انواع موج انفجار
امواج انفجار بر حسب منشأ آن به دو نوع «موج ضربه» و «موج فشار» تقسیم می‌شوند.
٢١-٣-١-١- موج ضربه
موج ضربه، ناشی از انفجار، در حوزه نزدیک مواد منفجره ی جامد است. در هر نقطه از مسیر انتشـار موج، در مرحله ی اول، فشار محیط به فشار مبنای انفجار افزایش یافته و با گذشت زمـان بـه فشـار محیطی کاهش می‌یابد که به آن گام مثبت گویند.
با عبور موج، کاهش فشار یا مکش رخ می دهد که به آن گام منفی می گویند (شکل ٢١-٣-١-الف).
فشار گام منفی،نسبتاً کوچک و تدریجی بوده و در اکثر مواقع، از اثر آن صرف نظر می‌شود.
٢١-٣-١-٢- موج فشار
موج فشار، از انفجار حوزه نزدیک مـواد منفجـره گـازی و مـایع و حـوزة دور مـواد منفجـره جامـد ایجاد می شود. در هر نقطه از مسیر انتشار آن، میزان فشار محیط به صورت تدریجی تا فشار مبنای انفجار افزایش یافته و سپس به فشار محیطی کاهش می یابـد معمـولاًو گـام منفـی نـدارد. (شـکل ٢١-٣-١-ب)
٢١-٣-٢- موقعیت چشمه انفجار
انفجارها از نظر موقعیت چشمه انفجار نسبت به سازه به دو دسته اصلی «انفجار خـارجی (خـارج از سازه)» و «انفجار داخلی (داخل سازه)» تقسیم می‌شوند.
انفجار خارجی خود به سه دسته ی «انفجار در هوا (هوایی) »، «انفجار در سطح زمین (سـطحی)» و «انفجار در داخل زمین (زیرزمینی)» تقسیم می‌گردد. (شکل ٢١-٣-٢)
در انفجار هوایی، امواج به صورت کروی منتشر شده مستقیماًو به سازه برخورد می‌کنند.
در انفجار سطحی، انتشار امواج در هوا، بصورت نیم کره بوده مستقیماًو به سازه برخـورد مـی کننـد.
علاوه بر آن، انتشار امواج در زمین نیز رخ خواهد داد (مشابه زمین لرزه).
در انفجار زیرزمینی، انرژی حاصل از انفجار به صورت امواج فشاری و برشی در زمین منتقل شـده و با انتشار آن ها، شوك های شدیدی ایجاد می گردند که می توانند اثرات تخریبی شدیدی بر سازه های زیر زمینی داشته باشند.
علاوه بر بارهای ناشی از موج انفجار، اثر ترکش‌های انفجاری نیز باید در نظر گرفته شود.
انفجارداخلی، بسته به شرایط ساختمان و نحوه تهویه آن بـه دو دسـته محبـوس و نیمـه محبـوس تقسیم می گردد. در انفجار محبوس گاز ناشـی از انفجـار امکـان تخلیـه نـدارد و فشـار ناشـی از آن مجموع فشار انعکاسی و فشار گاز است. در انفجار نیمه محبوس با تعبیـه ی دریچـه هـای پـران و یـا دریچه های باز، امکان تخلیه گاز انفجار مهیا شده و فشار ناشی از انفجـار داخلـی نسـبت بـه حالـت محبوس کاهش می‌یابد.
٢١-٣-٣- انفجار در هوای آزاد
انفجار در هوای آزاد، باعث فشردگی شدید هوا و ایجاد جبهه موج مـی‌شـود. در پشـت ایـن جبهـه، هوا با سرعت کمتری حرکت می نماید. برخی اثرات انفجار در هوا و مشخصات آن ها، در ایـن بخـش آمده است.
٢١-٣-٣-١- فشار مبنای انفجار pso
مقدار حداکثر اضافه فشار ناشی از انفجار هوایی در هر نقطه را «فشار مبنای انفجار» گویند. در ایـن مبحث مقادیر فشار مبنای انفجار از جدول ٢١-١-٣ برای سطوح بار مختلف، به دست می‌آید.
٢١-٣-٣-٢- حداکثر فشار دینامیکی (qs)
در هنگام انتشار موج انفجار در هوا، هوای پشت جبهه ی موج با سـرعت کمتـری، بـه طـرف خـارج منتشر می شود، که اثر آن همانند جریان هوا یا باد می باشد. به این پدیـده، «فشـار دینـامیکی» یـا «فشار هوا» گویند و حداکثر آن (qs)، از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
| (1-3-21) |  |
که در آن:
pso، فشار مبنای انفجار و po، فشار محیطی (جو) می‌باشد.
٢١-٣-٣-٣- بازتاب موج انفجار و فشارهای ناشی از آن
موج انفجار پس از برخورد با مانع صلب، منعکس می شود. بازتاب موج در اطراف مـانع، بـه زاویـه ی برخورد موج، مشخصات هندسی ساختمان و اندازه آن، بسـتگی دارد. بـا توجـه بـه اهمیـت شـکل ساختمان در بارگذاری انفجار هوایی و سطحی، در راسـتای اجـرای بنـد ٢١-٢-٣-١-٤، تعامـل بـا مهندس معماری الزامی است.
بحرانی ترین حالت بازتاب موج انفجار ، در هنگام برخورد آن به صورت عمودی به دیوار صـلب اسـت که در این حالت، فشار بازتاب از رابطه زیر تعیین می‌شود:
| (2-3-21) | ![p_{r}=2p_{so}[\frac{7p_{o}+4p_{so}}{7p_{o}+p_{so}}]](https://codekav.ir/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-1c2e547a1af38da4f86029b46238c178_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com") |
٢١-٣-٣-٤- مشخصه‌های مهم موج انفجار در هوا
الف: سرعت جبهه‌ی موج انفجار (Us)
سرعت انتشار جبهه ی موج انفجار (موج فشار و موج ضربه) در هر نقطه، از رابطه ٢١-٣-٣ محاسـبه می‌شود:
| (3-3-21) |  |
ب: مدت زمان گام مثبت (زمان تداوم انفجار- td)
مدت زمان گام مثبت (td)، زمانی است که فشار، بیش از فشـار محیطـی اسـت. و مقـدار آن بـرای سطوح بارگذاری مختلف در جدول ٢١-١-٣ ارایه شده است.
پ: تکانه ویژه انفجار (is)
سطح زیر منحنی فشار- زمان را تکانه ویژه انفجار برای هر نقطه محدوده انفجـار گوینـد کـه بـه دو جزء مثبت و منفی تقسیم می‌گردد (شکل ٢١-٣-١-الف). تکانه مثبـت از رابطـه ٢١-٣-٤ بدسـت می‌آید.
| (4-3-21) |
برای موج ضربه برای موج فشار |
ت: طول موج (λrw)
فاصله هر نقطه تحت فشار مبنا واقع در سطح جبهه انفجار تا اولین نقطه تحت فشار محیطی واقـع در پشت جبهه انفجار، «طول موج» نامیـده مـی شـود. مقـدار طـول مـوج برحسـب متـر، از رابطـه ٢١-٣-٥ محاسبه می‌شود.
| (5-3-21) |  |
٢١-٣-4- انفجار در هوای آزاد
انفجار سطحی، انفجاری است که در سطح زمین و یا خیلی نزدیک به آن، رخ می‌دهد. در اثر بازتاب موج انفجار و تقویت آن در همان لحظات اولیه، موج واحدی به وجود می‌آیـد کـه فشـار مبنـای آن 1/8 برابر فشار مبنای انفجار هوایی است. در این نوع انفجار، نیروی وارد بر سـازه هـای رو زمینـی و تکانه زمین وارد بر سازة زیرزمینی اهمیت زیادی دارد.
٢١-٣-٥- بارگذاری انفجار خارجی بر وجوه مختلف ساختمان
در شکل٢١-٣-٤ صورت ساده شده بارهای انفجاری وارد بر ساختمان با فرض انفجار در نقطـه A و اعمال فشار از چپ به راست، نشان داده شده است که L طول ساختمان در جهت انتشار مـوج، B عرض ساختمان و H ارتفاع متوسط آن است.
٢١-٣-٥-١- بارگذاری دیوار مقابل انفجار
فشار دوخطی وارد بر دیوار جلو مطابق شکل ٢١-٣-٥ می‌باشد کـه بـه بـار مثلثـی معـادل تبـدیل می‌شود. حداکثر اضافه فشار وارد بر دیوار مقابل (جبهـه مـوج) انفجـار ، معـادل فشـار بازتـاب (pr مطابق رابطه ٢١-٣-٢) می باشد که در زمان تسطیح tc (رابطه ٢١-٣-٦) به فشار رکـود ps (رابطـه ٢١-٣-٧) می‌رسد.
| (6-3-21) |  |
S = فاصله تسطیح که کوچکترین B (عرض ساختمان) و 
می باشد.
R = نسبت 
که G ، بزرگترین B (عرض ساختمان) و می باشد.
Cr = سرعت صوت که مقدار آن از نمودار شکل ٢١-٣-٦ به دست می‌آید.
| (7-3-21) | ps=pso+Cdqs |
که در رابطه فوق:
pso = فشار مبنای انفجار
qs= حداکثر فشار دینامیکی (رابطه ٢١-٣-١)
Cd = ضریب پسا (کشانی) که برای دیوار جلو در محدوده ی فشارهای حاضر برابر یک درنظر گرفته می‌شود.
با توجه به فشار رکود (ps)، زمان تسطیح (tc) و زمان تداوم انفجار(td) ، زمان تداوم موثر بـار مثلثـی معادل از رابطه ٢١-٣-٨ به دست می‌آید.
| (8-3-21) |  |
٢١-٣-٥-٢- بارگذاری دیوارهای جانبی
بار وارد بر دیوارهای جانبی، به علت عدم وجود بازتاب موج، کمتر از بار دیوار مقابل انفجـار اسـت و مطابق شکل ٢١-٣-٧ به صورت مثلثی می‌باشد.
مقدار اضافه فشار حداکثر (pa) برابر است با:
| (9-3-21) |  |
در رابطه فوق:
Ce = ضریب کاهش انفجار که به طول سازه (L) در امتداد حرکت موج و طول موج انفجـار (λrw) بستگی دارد و مقدار آن از نمودار شکل ٢١-٣-٨ محاسبه می‌گردد.
qs = حداکثر فشار دینامیکی (رابطه‌ی ٢١-٣-١)
Cd = ضریب پسا (کشانی) که از جدول ٢١-٣-١ محاسبه می‌گردد.
λrw = طول موج انفجار (رابطه‌ی ٢١-٣-٥)
| حداکثر فشار دینامیکی (qs) (kg/cm2) | ضریب پسا (Cd) |
| 1/75 – 0 | 0/4- |
| 3/5 – 1/75 | 0/3- |
| 9 – 3/5 | 0/2- |
٢١-٣-٥-٣- بارگذاری سقف
در ساختمان های با سقف مسطح (شیب کمتر از ١٠ درجه) هنگامی که موج انفجار به صورت افقـی حرکت می نماید، بازتاب رخ نخواهد داد، در نتیجه اضـافه فشـار وارد بـر سـقف، هماننـد دیوارهـای جانبی مساوی pa در نظر گرفته می‌شود.
٢١-٣-٥-٤- بارگذاری دیوار پشت
فشار وارد بر دیوار پشت، مشابه دیوارهای جانبی از رابطه ٢١-٣-٩ به دست می‌آید. در دیوار پشت، برای محاسبه ضریب کاهش Ce، ارتفاع سازه (H) نیز به طول سازه (L) اضافه می‌شود و فشار وارده، معادل pb در نظر گرفته می‌شود.
بار دیوار پشتی جهتی مخالف با بار دیوار جلویی داشته و در نتیجـه، نقـش کاهنـده ای در کـل بـار جانبی انفجار خواهد داشت. در این راستا از اثرات دیوار پشتی بر روی رفتار کل قـاب یـا سـاختمان در بسیاری از اوقات و در جهت اطمینان صرف نظر می شود، لیکن، اجزای نما و عناصر الحاقی دیوار پشت، باید قادر به تحمل فشار یا مکش حاصل از انفجار باشند.
٢١-٣-٥-٥- توزیع فشار انفجار در ارتفاع
برای بارگذاری ساختمان ها تحت انفجار تا ارتفاع ١٥ متر از سطح زمین، از مقادیر فشار معرفی شده در بندهای ٢١-٣-٥-١ تا ٤، استفاده می‌شود. برای ارتفاع ١٥ تا ٢٥ متر، از ٥٠ درصد ایـن فشـار و برای ارتفاع بالاتر، از ١٠ درصد فشار مذکور استفاده می‌شود (شکل ٢١-٣-١٠).
٢١-٣-٦- انفجار در داخل زمین
انفجار بمب (یا پرتابه های دیگر) در زیرزمین، با فشار گاز حاصل از انفجار و انبساط بدنه، منجـر بـه تشکیل موج فشارتقریباً کروی، در تمام جهات می شود که سرعت انتشار کمتری (نسبت به انفجـار هوایی و سطحی) دارد.
با توجه به اثرات تخریب این موج بر سازههای مدفون، رعایـت شـرایط بارگـذاری انفجـار زیـرزمین، برای قسمت مدفون سازه الزامی است.
٢١-٣-٦-١- میزان نفوذ بمب در داخل زمین
میزان نفوذ بمب ها در داخل زمین به سرعت و زاویه برخورد، جرم و سختی سر بمب و جنس زمین بستگی دارد. در نفوذهای کم عمق، آثار انفجار مشابه انفجار سطحی است، اما در نفوذهـای عمیـق، تکانه انفجار بزرگی در زیر زمین بوجود می آید. بمب های مدرن قدرت نفـوذی بـیش از ٣٠ متـر در درون خاك و قدرت عبور از لایه های بتن مسلح به ضخامت بـیش از ٦ متـر را دارا مـی باشـند[1]. در طراحی سازه های مدفون باید با شناسایی بمب های مورد اسـتفاده دشـمن، میـزان نفـوذ آن هـا بـه دست آید.
٢١-٣-٦-٢- ناحیه‌بندی خاك در محل انفجار
در اثر فشار ناشی از انفجار زیرزمین، چهار ناحیه خردشـدگی، گسـیختگی، خمیـری و ارتجـاعی در خاك اطراف محل انفجار ایجاد می‌شوند (شکل ٢١-٣-١١). در ناحیه خـرد شـدگی پـس از پرتـاب ذرات خاك به اطراف، مقداری از آن به صورت نخاله به محل انفجار بر می‌گردد. در انفجار کم عمق نواحی خردشدگی، گسیختگی و خمیری به سطح زمین منتقل شده و باعث بروز تغییر شکل هـایی در سطح زمین می شوند. در انفجار عمیق، نواحی خردشدگی، گسیختگی، و خمیری از سطح زمین دور بوده و با انتشار امواج ناشی از انفجار در ناحیه ارتجـاعی بـه صـورت امـواج حجمـی و سـطحی (مشابه زمین‌لرزه) به سطح زمین می رسند.
٢١-٣-٦-٣- تکانه زمین
به آثار انتشار امواج (ناشی از انفجـار عمیـق یـا سـطحی) در سـطح و یـا زیـر زمـین، تکانـه زمـین می گویند. قویترین تکانه زمین ناشی از انفجار درون زمین است که هیچگونـه فاصـله ای بـین مـاده منفجره (بمب) و زمین موجود نباشد.
امواج ناشی از انفجار (سطحی یا مدفون) شامل امواج حجمی و امواج سطحی (مشـابه زمـین لـرزه) می‌باشند. امواج حجمی، خود شامل مـوج طـولی یـا فشـاری (P) و مـوج عرضـی یـا برشـی (S) می‌باشند.
در انفجارات زیرزمینی، در فاصله نزدیک به انفجار، امواج طولی و عرضی موثر بـوده و امـواج رایلـی (R) علاوه بر حوزه نزدیک، در فواصل دور نیز حاکم هستند. ذرات نزدیک بـه سـطح زمـین تحـت تأثیر حرکات چرخشی ناشی از امواج رایلی (R) قرار می‌گیرند.
٢١-٣-٦-٤- مشخصه‌های اصلی تکانه زمین
مشخصه های اصلی تکانه زمین شامل حداکثر فشار، حداکثر سرعت ذرات، حداکثر جابجـایی ذرات، سرعت موج در زمین و تکانه ویژه انفجار می‌باشد. مقدار این مشخصه‌ها، با افـزایش فاصـله از مرکـز انفجار کاهش می‌یابند و نرخ میرایی آنها تابع نوع خاك است.
٢١-٣-٦-٤-١- حداکثر جابجایی ذرات خاك (x)
حداکثر جابجایی ذرات (در اثر انفجار زیرزمین)، منجر بـه حرکـت سـازه هـای مـدفون و تجهیـزات متصل به آنها، می‌شود. مقادیر جابه‌جایی بر اساس سطح خطر انفجار و نوع خاك از جدول ٢١-١-٣ به دست می‌آید.
٢١-٣-٦-٤-٢- فشار انفجار بر سازه مدفون (pgo)
مقدار فشار ناشی از انفجار زیرزمینی بر سازه مدفون، بر اساس سطح خطر انفجـار و نـوع خـاك، از جدول ٢١-١-٣ به دست می آید. این فشار ممکن است در اثر بازتاب امواج انفجار از سـنگ بسـتر و همچنین از سطح زمین تغییر یابد. با توجه به موقعیت انفجار بمب و بازتاب موج از سطوح مختلف، فشار ناشی از انفجار زیر زمینی بر وجه های مختلف سازه، تغییر می‌کند.
برای تشریح موضوع بالا، با فرض انفجار در نقطه B، در شکل ٢١-٣-١٢ دیده مـی شـود کـه فشـار مستقیم انفجار (نمودار a)، زودتر از امواج بازتاب به سازه (نقطه A ) می‌رسد. موج بازتـاب از سـطح زمین، که موج کششی است (نمودار b) و موج بازتاب از سنگ بستر که موج فشاری اسـت (نمـودار c)، باعث کاهش و افزایش فشار در نقطه A می‌شـوند و مجمـوع آن هـا فشـار نهـایی را بـه وجـود می‌آورند (نمودار d).
٢١-٣-٦-٥- اثرات تکانه بر سازة مدفون و اجزای غیرسازه ای
بر اثر تکانه زمین، به پـی سـازه مـدفون ضـربه وارد شـده و تکـانهـایی را ایجـاد نمـوده و اجـزای غیرسازه ای نصب شده بر روی دیوار یا کف سازه حرکت خواهند نمود. در ادامه روش ساده ای بـرای محاسبه این حرکات، ارائه شده است.
٢١-٣-٦-٥-١- حرکات دیوار و کف
حرکت افقی دیوار قائم، که در طراحی اجزای سازه مدفون، مبنای بارگذاری است، از رابطه زیـر بـه دست می‌آید:
| (10-3-21) |  |
حرکت افقی کف، به علت هم سو بودن با جهت موج انفجار، برابـر جابجـایی ذرات خـاك در میـدان آزاد (جدول ٢١-١-٣)، می‌باشد.
| (11-3-21) |  |
٢١-٣-٦-٥-٢- حرکات اجزای غیرسازه ای
حداکثر میزان حرکت اجزای غیرسازه ای که دارای اتصالاتی با میرایی ٥ تا ١٥ درصـد بـه دیـوار یـا کف سازه های مدفون هستند، از رابطه ٢١-٣-١٢ به دست می‌آید:
| (12-3-21) |  |
٢١-٣-٧- انفجار داخلی
انفجار داخلی نسبت به انفجار خارجی، خارق العاده تر بوده و فشار حاصل از آن نیز بدین روال اسـت (شکل ٢١-٣-١٤). در این پدیده ابتدا فشار مبنای انفجار همانند انفجار در سطح زمین رخ می دهد و سپس این فشار تحت انعکاس های متعدد دیوارهای محدود کننده انفجار قرار می گیـرد. در ادامـه فشار گاز با زمان تداوم بزرگتر تولید می شود. نتیجه عمل، فشار دوخطی مطابق شـکل (٢١-٣-١٥) خواهد شد. قسمت اول این بارگذاری مطابق فشار محاسبه شده برای دیوار جلو (سمت انفجار) بوده و قسمت دوم آن فشار مثلثی گاز با شدت کمتر و زمان تداوم بزرگتـر خواهـد بـود و از نمودارهـای تخصصی بدست می‌آید که در این مقوله نمی‌گنجد.
٢١-٣-٨- ترکش‌ها
زمانی که فشار به وجود آمده در داخل بمب باعث انفجار بدنه آن مـی شـود، پوسـته مـاده منفجـره متلاشی و ترکش های اولیه ایجاد می گردد. ترکش ها مثل گلوله های انفجاری با شکل های نامنظم عمل می کنند. اثر این ترکش های پرتاب شده بر روی هدف به شـکل، وزن، سـرعت اولیـه و هـم چنـین فاصله بین هدف و نقطه انفجار، موقعیت ساختمان، جهت محور مـاده منفجـره و نیـز محـور هـدف بستگی دارد.
خصوصیات اصلی ترکش های اولیه سرعت اولیه بسیار زیاد، تعداد زیاد و اندازه نسـبتاً کوچـک آنهـا می‌باشد. ترکش‌های اولیه ترکش‌هایی هستند که بطور مستقیم از بدنه سلاح انفجـاری و ملحقـات آن ایجـاد می‌شوند.
ترکش‌های ثانویه ترکش هایی هستند که در اثر انفجار بر روی سازه ها و یا تجهیـزات مجـاور محـل انفجار تولید می‌گردند.
اثر ترکش ها بیشتر باعث صدمات انسانی و بر عناصر غیرسازه ای است و تاثیر عمده ای بر سازه بـاربر اصلی ندارد.
[1] برای اطلاعات دقیق‌تر، رجوع به منابع تخصصی ضروری است.