آکادمی و موسسه علمی پژوهشی ابن سینا

مقدمه

مخازن ذخیره مایعات یکی از مهمترین و ضروری ترین سازه ها می باشند که با توجه به نوع کاربری و اهمیتی که در سیستم های خدماتی و امدادی هر جامعه شهری دارند، از سازه های مورد توجه می باشند لذا عملکرد مناسب مخازن هنگام وقوع زلزله از اهمیت بالایی برخوردار است.مخازن ذخیره مایعات جزوه سازه های صنعتی محسوب می شوند که به انواع مختلف فولادی یا بتنی و در اشکال مختلف با کاربری های متفاوت اعم از مخزن نگهداری سوخت مایع در کارخانجات، تاسیسات نفتی و گازی و نظایر آن گرفته تا مخازن تامین آب شرب و آتش نشانی در شهرک های صنعتی و مناطق مسکونی شهری تقسیم می شوند. در شکل 1-1 طبقه بندی جامعی از مخازن را اعم از نظر شکل، مصالح، وضعیت فونداسیون، سقف و ارتفاع نسبت به سطح زمین را نشام می دهد.

شکل 1-1- طبقه بندی مخازن آب بر اساس شکل، مصالح، ارتفاع نسبت به زمین، وضعیت پی و سقف

در مخازن ذخیره سیال علاوه بر نیروهای هیدرواستاتیکی باید نیروهای هیدرودینامیکی وارده از طرف مایع بر دیواره مخزن نیز در انجام آنالیز در نظر گرفته شود. هنگامی که یک مخزن ذخیره مایع با سطح آزاد تحت تاثیر حرکت افقی زمین در اثر زلزله قرار می گیرد، دیواره مخزن و مایع درون آن تحت تاثیر شتاب افقی قرار می گیرند. هنگامیکه یک مخزن ذخیره سیال تحت ارتعاش قرار می گیرد جرم مایع درون مخزن به دو شکل به دیواره و کف مخزن نیرو وارد می کند که به آنها جرم مایع سخت و جرم مایع مواج می نامند. مایع قرار گرفته در ناحیه پایین تر مخزن رفتاری همانند جرمی دارد که به صورت صلب به دیواره مخزن متصل شده است، این جرم بنام جرم مایع سخت نامیده می شود که همواره با دیواره مخزن شتاب می گیرد و فشار ضربه ای (آنی) هیدرودینامیکی به دیواره مخزن و کف آن اعمال می کند و به آن فشار مایع سخت گفته می شود. جرم مایع در ناحیه بالاتر مخزن تحت اثر حرکت موجی (مواج) قرار می گیرد. این جرم بنام جرم مایع مواج نامیده می شود و فشار هیدرودینامیکی انتقالی به دیواره و کف مخزن اعمال می کند که به آن فشار مایع مواج گفته می شود. بنابراین جرم کل مایع به بخش تقسیم می شود، جرم مایع سخت و جرم مایع مواج. مخزن را می توان در حالت ایده آل مانند یک فنر جرمی معادل در نظر گرفت بطوریکه اثر اندرکنش سازه-سیال را شامل شود این مدل بستگی به هندسه مخزن و انعطاف پذیری آن دارد. بنابراین آنالیز دینامیکی مخزن حاوی سیال مسئله پیچیده ایست که شامل بررسی اندرکنش سازه-سیال است که برای ارزیابی نیروهای هیدرودینامیکی آن از مدل فنر جرمی ساده استفاده می شود. در شکل 1-2 توزیع فشار هیدرودینامیکی مایع سخت و مایع مواج به دیواره و کف مخزن مشاهده می شود.

شکل 1-2- فشارهای هیدرودینامیکی مایع سخت و مواج بر دیواره مخزن

پژوهشگران در دهه های گذشته مدل های مختلف فنر جرمی را ارائه و بررسی نمودند با این وجود شاهد آسیب های وارده ناشی از زمین لرزه به این مخازن هستیم. مدهای خرابی مخازن سیالات تحت بار لرزه-ای عبارتند از:
-    لغزش مخزن زمینی ناشی از غلبه نیروی افقی زلزله بر مقاومت اصطکاکی.
-    پارگی جداره و تمرکز تنش در اطراف مهارهای مخزن به پی یا پایه.
-    تخریب پافیلی ناشی از تنش فشاری در جداره مخزن.
-     آسیب به اتصالات غیر انعطاف پذیر لوله ها و دیگر تجهیزات متصل به مخزن، کنده شدن جوش بین کف و جداره، نشست نسبی پی بدلیل بلند شدن کف از زمین در مخازن خودمهار یا با مهار نسبی.
-    خرابی ناشی از تلاطم آب بالای مخزن.
-    ترکخوردگی مخازن بتنی در پایه، سقف و جداره مخزن بتنی.
-    کمانش پافیلی ناشی از تنش فشاری در جداره مخازن.
در شکل 1-3 انواع مدهای خرابی آمده است، آسیب دیدگی مخازن ذخیره سیال تحت تاثیر زلزله های اخیر مانند لوماپریتای آمریکا، لوزان فیلیپین، ارزینکان ترکیه، نورثریج آمریکا، کوبه ژاپن، ایزمیت ترکیه و هاییتی آمریکا باعث شد تا محققان زیادی به مطالعه و بررسی های آزمایشگاهی و تحلیلی در این زمینه بپردازند. در زلزله سال 1993 هوکایدوی ژاپن 6 مخزن آسیب جدی دیده اند. در زلزله ازمیت ترکیه هم 23 مخزن آتش گرفتند. لذا با توجه به اینکه ایران از جمله کشورهایی است که در معرض زلزله های و شدیدی قرار داشته و دارد، دستیابی به ایمنی کافی مخازن در برابر زلزله از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش با استفاده از تحلیل دینامیکی به روش المان محدود عملکرد لرزه ای مخازن سیال با در نظر گرفتن تحریکات لرزه ای حوزه دور و نزدیک تحت اندرکنش خاک-سازه-سیال مورد ارزیابی قرار می گیرد.

شکل 1-3- مد خرابی مخازن.

 الف) خرابی ناشی از تلاطم آب در بالای مخزن، ب) لغزش مخزن، ج) کمانش پافیلی، د) واژگونی مخزن، ر) آسیب اتصالات، س) ترک خوردگی پایه و دیواره مخازن بتنی

بیان مسئله

آسیب پذیری مخازن سیال در زلزله های اخیر از یکسو و قرارگیری ایران در کمربند لرزه خیز آلپ-هیمالیا و وقوع متناوب زلزله های مخرب و ویرانگر همچنین وجود گسل های مختلف در کشورماناز سوی دیگر توجه و ضرورت طراحی و تحلیل ایمن این سازه ها را ایجاب می نماید. تحریکات لرزه ای در محدوده نزدیک گسل نسبت به تحریکات لرزه ای دور از گسل دارای خصوصیات متفاوتی هستند که می توان به محتوای فرکانسی بالا، پالس پریود بلند در تاریخچه زمانی سرعت و ... در تحریکات حوزه نزدیک اشاره نمود از اینرو در انجام پایان نامه عمران حاضر عملکرد لرزه ای مخازن بتنی با در نظر گرفتن اندرکنش خاک- سازه- سیال تحت زلزله های دور از گسل و نزدیک گسل مورد ارزیابی قرار می گیرد. برای این منظور از روش اجزا محدود به کمک نرم افزار اباکوس جهت شبیه سازی عددی استفاده می شود. رفتار غیر خطی بستر و بتن به ترتیب با مدل های رفتاری موهر کلومب و بتن پلاستیک آسیب دیده مدلسازی می شود. مدل رفتاری پیشرفته بتن پلاستیک آسیب دیده ضمن معرفی رفتار چرخه ای بتن خرابی ناشی از ترک کششی و خردشدگی فشاری را مدلسازی می نماید. جهت معرفی فشار هیدرو دینامیکی سیال مخزن از المان اویلرین و روش مش بندی تطبیقی استفاده می شود و همچنین به منظور جلوگیری از انعکاس امواج لرزه ای در مرز دور بستر و اتلاف انرژی زلزله از المان بی نهایت در مرزهای دور بهره گرفته می-شود. بعد از آنالیز حساسیت فاصله مرزی و آنالیز ابعادی المان ضمن اعتبار سنجی روش شبیه سازی مطالعات پارامتریک در انجام پایان نامه عمران حاضر برای متغیرهایی چون: محتویات فرکانسی زلزله، حوزه میدان زلزله، هندسه مخزن، سختی مختلف بستر صورت می پذیرد و نتایج کاربردی با مقایسه نتایج ارائه می گردد.

جهت دانلود فایل کامل کلیک کنید

در صرت داشتن هرگونه سوال و یا نیاز به مشاوره در زمینه انجام پایان نامه کارشناسی ارشد و رساله دکتری عمران گرایش سازه و یا سایر گرایش ها با آکادمی ابن سینا در ارتباط باشید.