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Hydrogen explosion tests were conducted to grasp nonlinear response and to obtain fundamental data for reinforced concrete walls subjected to hydrogen explosive load. In the tests, explosive source (37m -volume) containing 30% hydrogen and 70% air was detonated, and the responses of the walls close to the source were measured. Two preliminary and three main tests were conducted for a variety of wall types with different thicknesses, heights, and steel reinforcement. The walls were instrumented with pressure sensors, displacement sensors, strain gauges, accelerometers and thermocouple. A wide variety of experimental data were obtained showing damage ranging from elastic to complete failure. It was also confirmed that a wall’s nonlinear response depends on the blast wave duration and the initial natural period. With increasing initial natural period, higher vibration modes appeared in the wall’s responses. 概 要 水素爆風圧を受けるRC壁の非線形応答性状の把握,及び,その基礎データの収集を目的として水素爆発実験 を実施した。水素濃度30%の混合気(体積37m)を爆轟させ,その近傍に設置したRC壁の応答(受圧力,変位, 加速度,鉄筋ひずみおよび爆発後の損傷状況)を測定した。実験には壁厚,配筋量,壁高さなどの異なる22体 の試験体を用い,合計5回の爆発実験を実施した。爆風圧を受けるRC壁の非線形応答性状について弾性域から 崩壊に至るまでの広範囲なデータを得ることができた。また,爆風圧を受ける構造物の挙動は,爆風圧の継続 時間と構造物の固有周期に依存し,比較的剛性が小さく,固有周期が長い試験体は,高次の変形モードを示す ことが確認された。 1. まえがき 水素インフラ施設の安全性を検討する上で,万一,水素 ガスの漏洩により爆発事故が生じた場合に,周辺構造物に どの程度の影響が及ぶのかを把握しておくことは極めて 重要である。可燃性ガスの爆風圧は,ガスの濃度及び体積 だけでなく,爆発現象が爆轟か爆燃かによって大きく異な り,爆発中心からの距離減衰が顕著であるという特徴があ る。構造物が受ける爆風圧は,衝撃波が構造物に衝突する ことによる反射効果で,開放空間(Free field)における 圧力変化を上回り,最大圧力及び継続時間が構造物の挙動 に大きな影響を与えるが,その定量的な把握はなされてい ない。また,爆風圧を構造物が受けた場合,どの程度の損 傷が生じ,どのような挙動を示すのかを検証した研究例は 殆どないのが現状である。 筆者等は前報にて水素爆風圧を受けるRC壁の非線形 応答性状に関して衝撃解析ソフトAUTODYN2D/3D及び自社 開発ソフトFINAL を用いて解析的に検討した。しかし,こ れらの解析手法の妥当性は十分に検証されたものではな く,実験との比較よる解析精度の確認が必要である。 爆発事故が想定される周辺の構造物を設計する際,爆風 圧を受けた場合の構造物の挙動を再現できる解析手法が 確立されれば,精度の高い安全設計が様々な条件下におけ る構造物に対して可能になる。 R 大林組技術研究所報 No.69 水素爆風圧を受けるRC壁の応答性状に関する実験 2 そこで,本研究では爆風圧を受ける構造物に対するシミ ュレーション技術の確立を目指し,その基礎データを得る ことを目的に水素爆発実験を実施した。この実験では,水 素混合気を爆轟させ,近傍に設置したRC壁試験体の応答性 状を測定した。 2. 実験概要 米国SRI International の協力を得て,カリフォルニア 州の砂漠地帯で平成16年11月19日~12月16日の日程で,予 備実験2回,本実験3回の計5回の爆発実験を実施した。 予備実験は本実験における爆発中心からRC壁の試験体 までの距離を決めること,及び測定装置の確認を行うこと を目的として実施した。Fig.1及びPhoto 1に予備実験の状 況を示す。予備実験では,試験体は共通とし,爆発中心か ら試験体までの距離をパラメータとして,爆発源である水 素混合気を充填したテント(以後,水素テントと呼ぶ)を 挟んで2枚の試験体を設置した。両試験体の間隔は20mと し,水素テントを移動することにより,爆発中心から試験 体までの距離を変化させた。このように予備実験では爆発 中心から試験体までの距離だけを実験変数として,弾性域 から崩壊に至るまでの広範囲なデータが得られように,本 実験のための距離を決めた。なお,予備実験における爆発 中心から試験体までの距離は,Case1が8mと12m,Case2が5 mと15mとした。 本実験ではFig.2に示すように水素テントの近傍に壁厚, 配筋量を変化させた6枚の試験体を並べて設置し,爆発中 心から試験体までの距離を一定とし,壁高さ1m,1.5m,2 mと変化させて合計3回の爆発実験を行った。6枚の試験体 は,互いの干渉を避けるために壁と壁の間には3mm程度の クリアランスを設けた。また,すべての実験において,爆 発による衝撃波が壁の側面から背面に回り込む影響を排 除するために,6枚の試験体の両脇に同じ高さのExtensio n Wallを設けた。実際の試験体設置状況をPhoto 2に示す。 水素混合気の爆発の条件はすべての実験で共通とし,体 積37m,水素濃度30%(空気70%)とし,少量(10g)のC4爆 薬(コンポジションC―4爆薬)を用いて爆轟を生じさせ た。水素テントは幅4m×奥行き4m×高さ2mの直方体で,細 い鋼製パイプのフレームに,厚さ0.025mmの薄いポリエス チレンのフイルムで幕を貼ったものである。爆発の点火位 置は水素テント中央の底面とした。 2.1 試験体 Fig.3とFig.4に試験体の形状及び断面を,Table 1に試 験体一覧を示す。試験体の幅はすべて300mmと共通で,壁 厚は80mm,100mm,120mmの3種類とした。鉄筋は,壁厚80

AN EXPERIMENTAL STUDY ON NONLINEAR RESPONSE OF RC WALL SUBJECTED TO HYDROGEN EXPLOSIVE LOAD