BLEVE-bestendige overkapping Een studie naar de haalbaarheid van een BLEVE-bestendig ontwerp ten behoeve van overbouwing. ir. C. van der Vliet (Rijkswaterstaat) dr. ir. A.H.J.M. Vervuurt (TNO Bouw en Ondergrond) Inleiding op problematiek, case en vraagstelling Opzet van onderzoek en manier marktbetrekken Benchmarking Berekeningen en resultaten BLEVE-bestendige overkapping 9 november 2005

inleiding infrastructuur is maar lastig zand erover (of beton) BLEVE-bestendige overkapping inleiding 9 november 2005 infrastructuur is maar lastig zand erover (of beton) nieuwe ruimte benutten: meervoudig ruimtegebruik maar... Is het constructief haalbaar om een rijksweg zó te overkappen dat bovenliggende bebouwing geen blijvende schade ondervindt van een BLEVE op de weg? Infrastructuur: transport, risico’s èn mogelijkheden (MRG) Dit willen we niet. Glashelder.

case study: A2 Leidsche Rijn BLEVE-bestendige overkapping case study: A2 Leidsche Rijn 9 november 2005 1 km overkapte snelweg Hoofdrijbanen 2x3, Parallelbanen 2x2 DODO Deel geschikt voor overbouwing? Plaatje dwarsdoorsnede met link project

wat is een BLEVE? Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion BLEVE-bestendige overkapping wat is een BLEVE? 9 november 2005 p0 p>>p0 Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion Voorwaarden: tot vloeistof verdicht gas + verzadigde damp relatief hoge druk plotseling bezwijken omhulling Effect: verzadigde damp zet plotseling uit: primaire blast druk daalt plotseling en vloeistof gaat explosief koken: secundaire blast Drukgolf: vorm piekdruk impulsinhoud p0 p p t

probleemschets explosie op hoofdrijbaan BLEVE-bestendige overkapping probleemschets 9 november 2005 explosie op hoofdrijbaan bebouwing steunt af boven wanden ruimte aanwezig tussen tunneldak en eerste vloer probleemreductie: zorg ervoor dat wanden blijven staan zonder grote vervormingen. massa en stijfheid bebouwing onbekend  bovengrens opgelegde verplaatsingen. Globale schets van situatie: 4 kokers met middentunnelkanalen, gefundeerd op palen. Bebouwing steunt af boven tunnelwanden, ruimte tussen tunneldak en eerste vloer. Zijdelingse steun wordt ontleend aan naastgelegen gebouwen Explosie in eerste instantie alleen in koker met hoofdrijbanen. Massa en stijfheid bebouwing niet bekend, niet meegenomen: beweging oplegpunten is bovengrens voor opgelegde verplaatsing/snelheid/versnelling. Andere uiterste zou zijn geweest: volledig vasthouden: bovengrens krachten op gebouw.

opzet & aanpak doorlooptijd risicobeheersing toetsbaarheid BLEVE-bestendige overkapping opzet & aanpak 9 november 2005 referentieconstructie BLEVE-belasting beoordelingswijze criteria Rijkswaterstaat uitvoerend meelooptraject TNO inbreng expertise t.a.v. EEM en explosies verkennen model vormgeven fase II definitie uitgangs- punten en criteria modelontwikkeling referentieberekening varianten: versteviging benchmarking algoritmes modelbouw validatie doorlooptijd risicobeheersing toetsbaarheid model o.b.v. referentieontwerp validatie aanbevelingen varianten ivm snelheid project snel antwoord gewenst. meer wapening meer beton constructievarianten dwarskrachtwapening TNO uitvoerend vertrouwd met model risico gering

uitgangspunten 2D plane strain BLEVE-drukken toetsen: vervormingsbeeld BLEVE-bestendige overkapping uitgangspunten 9 november 2005 2D plane strain BLEVE-drukken toetsen: vervormingsbeeld buiging: e < eu dwarskracht: t < t1 + ts

benchmarking elementgrootte tijdstap validatie golfvoortplanting BLEVE-bestendige overkapping benchmarking 9 november 2005 elementgrootte golfvoortplanting niet-lineair materiaalgedrag tijdstap frequentie-filter stabiliteit rekenproces validatie vergelijking frequenties met theorie

benchmarking - modellen BLEVE-bestendige overkapping benchmarking - modellen 9 november 2005 elementgrootte 0.3 m en 0.05 m tijdstap 1 ms en 0.1 ms verplaatsingen en spanningen

benchmarking - verplaatsingen BLEVE-bestendige overkapping benchmarking - verplaatsingen 9 november 2005 let op eerste stap beschouwde elementgroottes en tijdstappen voldoen voor verplaatsingen

benchmarking - spanningen BLEVE-bestendige overkapping benchmarking - spanningen 9 november 2005 let op eerste stap grote tijdstap (1 ms) filtert hoge frequenties weg globaal beeld komt overeen

benchmarking - golfvoortplanting BLEVE-bestendige overkapping benchmarking - golfvoortplanting 9 november 2005 9 knopen op 1 golflengte: maximale knoopafstand 0.6 m t.b.v. niet-lineair materiaalgedrag 11 integratiepunten over de dikte: elementafmeting 0.15-0.3 m 5 m

benchmarking - frequenties BLEVE-bestendige overkapping benchmarking - frequenties 9 november 2005 frequentie [Hz] referentiemodel theorie wand 56 32-72 (afhankelijk van inklemming) dak 9 à 10 9.8

model referentieberekening BLEVE-bestendige overkapping model referentieberekening 9 november 2005 2D plane strain en infinite shells ingebedde wapening beton: Total Strain model, rotating smeared cracking Plasticiteit staal: Plasticiteit (Von Mises) Hardening karakteristieke statische materiaaleigenschappen tijd-integratie: Hilbert-Hughes-Taylor (a = -0.1)

model referentieberekening BLEVE-bestendige overkapping model referentieberekening 9 november 2005

resultaten referentieberekening BLEVE-bestendige overkapping resultaten referentieberekening 9 november 2005 vb berekening I: lage druk (piekdruk 4.35 bar)

referentieberekening - rekken BLEVE-bestendige overkapping referentieberekening - rekken 9 november 2005 drukdiagonaal bezwijkt (dwarskracht) wapening vloeit lokaal, maar bezwijkt niet (buiging) omhullende tweede hoofdrek rek in de tijd

vergelijk: één-massa-veersysteem BLEVE-bestendige overkapping vergelijk: één-massa-veersysteem 9 november 2005 op basis van eenvoudige analyse (buiging): staal vloeit, maar bezwijkt niet druk-impulsdiagram: ¥ belasting --- responsstadia ---

referentieberekening scheuren en vervorming BLEVE-bestendige overkapping referentieberekening scheuren en vervorming 9 november 2005 wanden bezwijken op dwarskracht en buiging dag reageert traag

conclusies referentieberekening BLEVE-bestendige overkapping conclusies referentieberekening 9 november 2005 explosieberekeningen incl. scheurvorming en plasticiteit uitvoerbaar referentie-ontwerp niet bestand tegen BLEVE van 50 m3 LPG wanden bezwijken eerst (dwarskracht en buiging) verstevigen: verhogen wapeningspercentage langswapening constructieve vloer in middentunnelkanaal dikkere wanden dwarskrachtwapening

varianten: gestapelde maatregelen BLEVE-bestendige overkapping varianten: gestapelde maatregelen 9 november 2005 effect meer hoofdwapening: maximum wapeningspercentage verstevigen zwakke wand: constructieve vloer in middentunnelkanaal verder verstevigen wanden: verhogen betondikte dwarskrachtwapening

BLEVE-bestendige overkapping effect maatregelen 9 november 2005 variant 1: maximum wapening voldoen alleen met betrekking tot buigdraagvermogen drukdiagonalen bezwijken variant 2: constructieve vloer variant 3: dikkere wanden variant 4: beugels voldoet Variant 3 en 4: Dakverplaatsing -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 time (sec) verplaatsing (m) variant 3 - dak variant 4 - dak Variant 3 en 4: Wandverplaatsingen -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.01 variant 3 - linkerwand variant 3 - rechterwand variant 4 - linkerwand variant 4 - rechterwand

variant 3: maximum wapening, tussenvloer en dikkere wanden BLEVE-bestendige overkapping variant 3: maximum wapening, tussenvloer en dikkere wanden 9 november 2005 rek langswapening

variant 4: max. wapening, tussenvloer, dikkere wanden en beugels BLEVE-bestendige overkapping variant 4: max. wapening, tussenvloer, dikkere wanden en beugels 9 november 2005 rek langswapening

BLEVE-bestendige overkapping variant 4 9 november 2005 betonspanningen

variant 4 rek beugelwapening BLEVE-bestendige overkapping 9 november 2005 rek beugelwapening

evaluatie maatregelen BLEVE-bestendige overkapping evaluatie maatregelen 9 november 2005 tussenvloer niet zinvol langs- en beugelwapening alleen waar nodig optimaliseren: balans langswapening en wand- / dakdikte balans beugelwapening en wand- / dakdikte

evaluatie rekenproces BLEVE-bestendige overkapping evaluatie rekenproces 9 november 2005 combinatie dynamisch gedrag en niet-lineaire materiaaleigenschappen geeft geen grote problemen toch effect tijdstapgrootte als gevolg van niet-lineair materiaalgedrag grillige rekken lokaal effect convergentie interpolatie/extrapolatie

conclusies en aanbevelingen BLEVE-bestendige overkapping conclusies en aanbevelingen 9 november 2005 BLEVE-bestendige overkapping constructief haalbaar ‘vliegende start’ via meelooptraject explosieberekeningen met niet-lineair materiaalgedrag uitvoerbaar onderzoek spreiding BLEVE-drukken onderzoek effecten dynamisch materiaalgedrag onderzoek effect bond-slip en verankering