Document
Protection of building columns against car impact
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2018
Language
English
Subject
English abstract
With the rapid growth in the number of infrastructure projects, the collision of vehicles with structures has increased significantly in recent decades. The structural column that is subjected to impact force imposed by a vehicle travelling at high speed may be damaged severely and lost its designed strength which can lead to failure in the column. In the worst case, the failure of the column can lead to a progressive collapse of the building. On the other hand, the provisions of the current codes of practice are not providing enough safety in case of a collision between veered vehicle and a particular column. Therefore, it is necessary to provide extra measures to protect the columns from car impact. One of the measures is to provide a protective barrier around the columns which are exposed to the potential impact.
The purpose of this study was to develop a protective barrier to protect the columns located in parking garages from car impact. The proposed system is a stiffened-steelplates barrier and it is composed of an inner steel sheet surrounding the column, an outer steel sheet and stiffeners with a specific arrangement between the two steel sheets. The protection systems with three different geometry were developed to surround square, rectangular and circular columns. The study also aimed to investigate numerically the effect of different configurations, and geometrical parameters to optimize the size of the barrier. Therefore, finite element (numerical) models of the proposed protective systems were developed using LS-DYNA software. The numerical models were validated using existing experimental data.
Another purpose of the study was to provide a design guideline for the developed protective barrier using the parametric study of the finite element (FE) model and evaluate the performance of the proposed protection systems. Therefore, FE parametric studies were conducted in the third part of this research. The parametric studies were intended to evaluate the effect of the plate's thickness, the yield stress of the steel sheets, the stiffeners' thickness and the impact velocity.
From the FE analysis and parametric study, it can be concluded that the developed protection systems are capable to stop the impacting vehicle (maximum velocity 35km/h) with a deformation of the outer sheet, which is less than the gap provided between the inner and outer sheets. In addition, the average impact forces that are transmitted to the RC columns are less than the maximum transverse equivalent static force recommended by EN 1991-1-7 (2006) for designing the RC columns that are located in parking garages.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
عنوان البحث: حماية أعمدة المباني من حوادث اصطدام السيارات مع النمو السريع في عدد مشاريع البنية التحتية ، ازداد اصطدام المركبات بالمباني والهياكل الإنشائية بشكل ملحوظ في العقود الأخيرة، ومن الممكن أن يتضرر بشدة العمود الهيكلي الذي يخضع لقوة التأثير التي تفرضها مركبة تسير بسرعة عالية وبالتالي يفقد قدرته على تحمل الأوزان التي تم تصميمه في الأساس لتحملها والتي من الممكن أن تؤدي إلى إنهيار العمود، في أسوأ الحالات ، و يمكن أن يؤدي إنهيار أحد الأعمدة الإنشائية إلى انهيار تدريجي للمبنى. من ناحية أخرى، فإن إتباع احکام و قواعد البناء الحالية لا تؤمن السلامة الكافية في حالة حدوث اصطدام بين مركبة وعمود إنشائي. ولذلك ، فمن الضروري توفير تدابير إضافية لحماية الأعمدة من تأثير إصطدام المركبات، وأحد هذه التدابير هو توفير حاجز وقائي حول الأعمدة التي قد تتعرض لتأثير إصطدام محتمل.
إن أحد أهداف هذه الدراسة هو تطوير حاجز وقائي لحماية الأعمدة الموجودة في مرائب السيارات من تأثير السيارة، حيث تم تصميم نظام الحماية المقترح على شكل حاجز من الفولاذ يتكون من صفيحة فولاذية داخلية تحيط بالعمود ، وصفيحة خارجية من الصلب بالإضافة إلى مقويات بين الصفائح الفولاذية، تم تطوير أنظمة الحماية بثلاثة أشكال هندسية مختلفة لملائمتها حول الأعمدة مربعة و مستطيلة ودائرية الشكل. لذلك، تم نمذجة أنظمة الحماية المقترحة بإستخدام طريقة العناصر المحددة (العددية) باستخدام برنامج LS-DYNA ، كما تم التحقق من صحة النماذج العددية باستخدام بعض البيانات المعملية المتوفرة.
ويتمثل الغرض الأخر من الدراسة في توفير دليل تصميمي للحاجز الواقي المطور باستخدام دراسة بارامترية للنموذج العددي وتقييم أداء أنظمة الحماية المقترحة ، لذلك ، أجريت دراسة علمية في الجزء الثالث من هذا البحث. وكان الهدف من الدراسة البارامترية هو تقييم تأثير سمك الصفيحة والإجهاد على الصفائح الفولاذية وسماكة المقويات وسرعة التصادم.
من خلال نتائج الدراسة العددية والدراسة البارامترية للأنظمة المقترحة، يمكن الاستنتاج أن أنظمة الحماية المقترحة قادرة على إيقاف المركبة (بسرعة قصوى تبلغ 35 كم/س) مع أقصى انحراف للصفيحة الخارجية أقل من الفجوة بين الصفيحتين الداخلية والخارجية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن متوسط قوى التأثير التي تنتقل إلى أعمدة الخرسانية أقل من الحد الأقصى للقوة الثابتة المكافئة الموصى في القياسات المعيارية البريطانية للبناء لتصميم الأعمدة الخرسانية الموجودة في مرائب وقوف السيارات.
إن أحد أهداف هذه الدراسة هو تطوير حاجز وقائي لحماية الأعمدة الموجودة في مرائب السيارات من تأثير السيارة، حيث تم تصميم نظام الحماية المقترح على شكل حاجز من الفولاذ يتكون من صفيحة فولاذية داخلية تحيط بالعمود ، وصفيحة خارجية من الصلب بالإضافة إلى مقويات بين الصفائح الفولاذية، تم تطوير أنظمة الحماية بثلاثة أشكال هندسية مختلفة لملائمتها حول الأعمدة مربعة و مستطيلة ودائرية الشكل. لذلك، تم نمذجة أنظمة الحماية المقترحة بإستخدام طريقة العناصر المحددة (العددية) باستخدام برنامج LS-DYNA ، كما تم التحقق من صحة النماذج العددية باستخدام بعض البيانات المعملية المتوفرة.
ويتمثل الغرض الأخر من الدراسة في توفير دليل تصميمي للحاجز الواقي المطور باستخدام دراسة بارامترية للنموذج العددي وتقييم أداء أنظمة الحماية المقترحة ، لذلك ، أجريت دراسة علمية في الجزء الثالث من هذا البحث. وكان الهدف من الدراسة البارامترية هو تقييم تأثير سمك الصفيحة والإجهاد على الصفائح الفولاذية وسماكة المقويات وسرعة التصادم.
من خلال نتائج الدراسة العددية والدراسة البارامترية للأنظمة المقترحة، يمكن الاستنتاج أن أنظمة الحماية المقترحة قادرة على إيقاف المركبة (بسرعة قصوى تبلغ 35 كم/س) مع أقصى انحراف للصفيحة الخارجية أقل من الفجوة بين الصفيحتين الداخلية والخارجية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن متوسط قوى التأثير التي تنتقل إلى أعمدة الخرسانية أقل من الحد الأقصى للقوة الثابتة المكافئة الموصى في القياسات المعيارية البريطانية للبناء لتصميم الأعمدة الخرسانية الموجودة في مرائب وقوف السيارات.
Category
Theses and Dissertations