Betonirakenteisen tietunnelin alustava mitoitustarkastelu räjähdyspainekuormille

Abstract

Tämän työn tarkoituksena on tarkastella miten räjähdyspainekuormitus voidaan huomioida betonirakenteisen tietunnelin mitoituksessa. Työssä tarkastellaan räjähdyspainekuorman teoriaa ja Suomessa mitoituksessa käytössä olevia menetelmiä sekä tarkastellaan räjähdystä vaimentavia rakenneratkaisuja. Työssä tarkastellaan Suomessa käytössä olevia tietunneleiden mitoitus- sekä suunnitteluohjeita ja tietunnelien vähimmäisvaatimuksia. Työssä esitellään räjähdyksen teoriaa ja aiheeseen liittyviä tutkimuksia, erilaisia räjähdyspainekuormitusmalleja ja niiden arviointeja ja Euroopassa suoritettuja tietunnelien räjähdyspainemitoituksia. Työssä tarkastellaan myös räjähdysonnettomuuden vaurion laajuuden rajoittamista tietunneleissa ja esitetään periaatteellisia esimerkkiratkaisuja alustavan mitoitusohjeen pohjaksi.

Laskennassa tarkastellaan yksinkertaisen massa-jousimallin ja FEM-ohjelman avulla mallinnettuja tietunnelin rakenteiden siirtymiä räjähdyspainekuorman vaikutuksesta lineaarisen ja epälineaarisen laskennan avulla. Työssä arvioidaan dynaamisen räjähdyspainekuormituksen muuntamista staattisiksi ekvivalenttikuormituksiksi. Rakennemalleina käytetään toisistaan erillään olevia kaksitukisia palkkeja sekä kehärakenteena toimivia tunnelirakenteita ja erilaisten laskentatapojen ja rakennemallien tuloksia verrataan toisiinsa. Laskennan tulosten ja vaurion laajuuden rajoittamisen avulla laaditaan alustava mitoitusohje räjähdyspainekuormitukselle tietunneleissa.

The aim of this thesis is to create a preliminary design guide for explosion loads on road tunnels and create explosion-absorbing structural solutions. This thesis includes a review of design and planning guidelines and the standards currently in use in Finland for designing road tunnels. The work also examines the theory of explosions and related terms, a variety of explosion pressure load models with their evaluations and explosion load assessments on road tunnels carried out in Europe. In addition, this thesis examines various ways of reducing the extent of damage done to road tunnels by an explosion incident and presents practical solutions, for example, of controlled deformation of structural elements or channeling the pressure from the explosion.

Calculation techniques include simple mass-spring systems and FEM-modeled simple beam and tunnel frame systems. Linear and nonlinear calculations focus on the transitions of systems caused by a dynamic explosion load. From the basis of explosion-absorbing structural solutions and calculation results a preliminary design guide is created.