بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارایه راهکار بهسازی لرزه ای مخزن آب بتنی مدفون با استفاده از روش تحلیل استاتیکی به کمک مدلسازی
خلاصه :
با توجه به اینکه مخازن آب به عنوان شریان های حیاتی و سازه های هیدرولیکی با اهمیت زیاد محسوب می شوند و نظر به رشد روزافزون جمعیت، اطلاع دقیق از میزان کمی منابع آب زیرزمینی جهت مدیریت و برنامه ریزی های دراز مدت ضروری به نظر می رسد ، به طوری که حفظ و کارایی و عملکرد مطممئن و صحیح انواع مخازن مایعات در مقابله با زلزله های قوی محتمل الوقوع به منظور جلوگیری از خطرهای ثانویه و نیز جهت استفاده هایی مانند تأمین نیازهای آبرسانی، بهداشتی، اطفاء حریق و همچنین برای نگهداری و ذخیره فرآوردههای نفتی و یا انبار نمودن ضایعات واحدهای صنعتی بسیار حائز اهمیت است . [1] تحقیق حاصل به مدلسازی و بررسی اثر استاتیکی نیروی زلزله بر مخزن زمینی مدفون آب در شهرستان زاهدان با استفاده از نرم افزارETABS می پردازد. یکی از مسائل مهمی که در تحلیل سازه های درگیر با آب باید مورد توجه قرار گیرد بررسی اثرات اندرکنش آب و سازه در پاسخ زلزله میباشد در این مقاله با انتخاب یک نوع متعارف از مخازن مستطیلی و انجام مدلسازی در نرم افزار ETABS با در نظر گرفتن اندرکنش آب و سازه، مخزن مستطیلی بتن آرمه زمینی مدفون تحت سه مولفه زلزله و تحلیل نتایج خروجی نرم افزار نشان می دهد ستون های قسمت میانی مخزن نیاز به مقاوم سازی و تقویت با ورقهای FRP دارد .
کلمات کلیدی : مدلسازی ،مخازن بتنی زمینی مدفون ، تحلیل استاتیکی ، مقاوم سازی با . FRP
1. مقدمه :
مخازن زمینی آب که به دو صورت مدفون و نیمه مدفون ساخته می شوند . همانگونه که می دانیم انواع مخازن مرتفع آب که بیشتر معمول می باشند: مخازن مستدیر ، مخزن استوانه ای یا کف گنبدی وگنبد مخروطی (مخزن اینتس ) و مخازن به شکل مخروط یا قیفی.همچنین مخازن زمینی به دوصورت مدفون . نیمه مدفون می باشد به منظورذخیره و تامین آب در زمان اوج مصرف در شبکه های آبرسانی شهری مورد استفاده قرار می گیرند . [2] این سازه ها در هنگام وقوع زلزله اهمیت بسزایی داشته ، به گونه ای که ضریب اهمیت آن در آیین نامه 2800 ایران حداکثر و معادل 1/4 در نظر گرفته می شود . این امر لزوم تحقیق در این زمینه و بررسی عملکرد این سازه ها را در برابر زلزله کاملا آشکار می سازد . در این تحقیق ابتدا به مدلسازی مخزن زمینی مدفون با توجه به نقشه های سازه ای پرداخته و سپس بارگذاری استاتیکی و دینامیکی بر روی سازه انجام گردیده است .
سیستم سازه ای دیوار در مخازن : بر حسب وجود درزهای انبساط قائم در دیوار، نسبت ارتفاع به قطر ، و نحوه اتصال دیوار با سقف و فونداسیوان ، سیستم دیوار مخازن به یکی از دو شکل شماره 1 می باشد [3].
شکل - 1 سیستم سازه ای دیوار در مخازن
هازنر 4]و[5در سال 1957 و 1963، مدل تحلیلی جرم گرهی با دو درجه آزادی برای تخمین اثرات دینـامیکی سـیال در مخـزن ستوانهایی با دیوارههای صلب تحت مؤلفه افقی زمین لرزه ارائه کرد، در این مدل از دو مؤلفه جداگانه به صورت مؤلفه ضـربه ای و مؤلفه مواج برای سیال استفاده شده است وسیال را تراکم ناپذیر و غیرلزج در نظر گرفت که در اکثر آیـین نامـه هـا بـا تغییـرات و اصلاحاتی پذیرفته شده واستفاده می شود [6]. درسال 1976 توزیـع فشـارهای هیـدرودینامیکی سـیال را بـرروی مخـازن بادیوارههای انعطاف پذیر به روش تحلیلی بررسی کـرد.
.2 مدلسازی :
جهت مدل سازی مناسب مخزن می بایست از نرم افزاری استفاده کرد که هم بتوانیم کل سازه را به صورت سه بعدی با مشخصات واقعی مدل و هم نرم افزار قابلیت مدل سازی بارهای وارد به سازه را داشته باشد. به همین منظور از نرم افزار Etabs9.5 استفاده شده است. همچنین جهت بررسی هر چه دقیق تر نتایج، خاک زیر مخزن نیز به همراه خود مخزن مدل شده است. در این مدل تمامی سطوح اعم از سقف، کف و دیوار با المان Shell مدل شده اند و تغییر ضخامت ها در دیوار و کف مخزن در نقاط مختلف به صورت واقعی مدل شده است. ستون ها با المان Line مدل شده اند و جهت مدل سازی خاک نیز از فنرهای فشاری با مشخصات خاک بستر استفاده شده است. در ضمن برای اینکه کشش در خاک ریز پی لحاظ نشود از آنالیز غیرخطی تکرار شونده استفاده شده است.
جهت مدل سازی آب مخزن نیز، نیروهای مختلف حاصل از آن تفکیک شده و بر روی المان های مورد نظر لحاظ شده است . المان سازه ای موجود در این سازه، المان صفحه ای است که شامل کف ، سقف و دیوار مخزن است. برای المان صفحه ای با ضخامت مورد نظر (کف 30 ، سقف 20، دیوار (20 را مطابق شکل 2 – ترسیم می نماییم .
بعد از ترسیم المان خطی و صفحه ای موضوع بعدی مش بندی دیواره وسقف سازه است که طبق توصیه در کتابهای طراحی 50*50 [7 ] در نظر گرفته و مطابق شکل 3 ترسیم می نماییم .
شکل – 2 کف ، سقف و دیوار مخزن شکل - 3 مش بندی دیواره وسقف سازه
بعد از مش بندی باید تکیه گاههای سازه را تعریف کنیم، این مدل سازی ارتجاعی است چون سازه روی خاک قرار دارد . در ضمن تکیه گاههای سازه را در جهت X ,Y را می بندیم چون سازه فقط مجاز به نشست است اما دوران ها باز می باشد و از رابطه تجربی [ 3 ] شماره (1) استفاده می نماییم .
که در آن = Ks ضریب واکنش بستر ، = qa تنش مجاز خاک ، = Kz سختی فنر خطی در امتداد قایم ، =A مساحت المان های در ارتباط با فنر ، می باشد . حال سازه را Run می کنیم و نتایج را تحلیل می نماییم. بررسی : Mmax (شکل ( 4 و بررسی : Mmin (شکل (5
شکل Mmax – 4 شکل Mmin – 5
همانگونه که در شکل مشخص می باشد تمرکز لنگرها در قسمت مبانی سازه می باشد .
.3 مبحث بارگذاری :
پس از مدل سازی دقیق مخزن به مرحله بارگذاری می رسیم. در این مرحله می بایست کلیه بارهای وارده به مخزن را محاسبه و در مخزن لحاظ کنیم. بارگذاری مخزن شامل دو قسمت عمده می باشد. [8],[3] بارگذاری استاتیکی (شامل وزن قسمت های سازه ای، بار زنده، فشار استاتیکی مایعات، فشار استاتیکی خاک و ....) .بارگذاری لرزه ای (شامل نیروهای ناشی از زلزله به جرم قطعات سازه ای و نیروهای ضربه و همرفتی آب) در ادامه کلیه بارهای وارد به سازه معرفی و محاسبه می شوند: طبق نشریه 123 بارها را اعمال می کنیم . وزن سقف که دالی است بتنی به ضخامت20 سانتیمتر، توسط خود نرم افزار محاسبه می شود. بار وزن آب را روی کف مخزن (بجز پاشنه اعمال می کنیم).
.4 محاسبه ) :fs فشار جانبی استاتیکی سیال):
p=δh که δوزن مخصوص سیال داخل مخزن است که برابر با 1 است که بار را وارد میکنیم و و ماحصل آن در جدول 1 محاسبه گردیده است . ]3[
جدول – 1 محاسبه فشار جانبی استاتیکی سیال
5. . 5 محاسبه ES (فشار جانبی استاتیکی خاک ) :
باتوجه به روابط ذیل ES را با توجه به فرمول شماره 2 محاسبه و ماحصل آن در جدول 2 محاسبه گردیده است . [3]
جدول – 2 محاسبه فشار جانبی استاتیکی خاک
. 6 بارهای دینامیکی:
بارهای دینامیکی، نیروهای اینرسی ناشی از ارتعاش سازه، مایع درون آن و خاک اطراف آن می باشند که با روش تحلیل استاتیکی نیروهای ناشی از ارتعاش آب-سازه در مخازن زمینی محاسبه میشود.
محاسبه EX و EY (نیروی زلزله در جهت X و : ( Y
با توجه به رابطه 3 ، C ضریب زلزله محاسبه و اعمال گردیده است [3].
= A میزان لرزه خیزی منطقه (بر حسب آیین نامه (2800
=B ضریب وابسته به نوع خاک
=I اهمیت سازه
=R ضریب رفتار (برای مخازن زمینی بتنی برابر با 3 می باشد)
. 7 محاسبه FDX و FDY (فشار جانبی دینامیکی سیال در هنگام زلزله) :
با توجه به اینکه ارتفاع مخزن 3.5 متر و طول مخزن 8.7 متر می باشد نسبت h/L محاسبه و از نمودار شکل 6- نسبت w₁/w و w₂/w محاسبه و با توجه به روایط w₁ (4)،w₂ به دست می آید [3].
