بخشی از مقاله
بار طراحی لرزهای برجهای خنک کننده بتنی
چکیده:
ایمنی برجهای خنکت کننده برای فعالیت بدون وقفه یکت نیروگاه برقی امری اجتناب ناپامیر میباشد. با توجه به محلی ساخت برج ممکن است بار زلزله در طراحی حاکم شود. تاکنون چند روشو، برای آنالیزر و طراحی آنها در برابر زلزله ارانه شده است. در حال حاضر طیف پاسخ مرسومترین روش برای آنالیز و اسم نخراج نیروهای موجود در برج خنکت کننامه میباشد. معمولاً آییننامه ها طراح را ملزم میکنند که سازی طراحی شده را و روش بار معادل استاتیکی کنترل کنند. به نظر میرسدس برشی با به ای که در اثر زلزله واقعی در سازه ایجاد میشود بسیار بیش تر از مقامار پیشنهادی برشی پایههای است که در آییننامه های آماده است. بنابراین بازنگری اعداد مربوط به قرمول برش پا به ضروری است. در اینجا آنالیزر دینامیکی غیر خطی روی برج خنک کننده بناب انجام ش ساده و برش پایه به دست آمده، با برش پایه آیین
نامه ای مقایسه شده است.
۱ - مقدمه و تاریخچه از سال ها قبل باد به عنوان مهمترین بار وارده به برج های خنک کننده مطرح است. همچنین احساسی می شود در مناطق زلزله خیز، زلزله دومین بار در طراحی آنها می باشد. این طرز فکر در بیشتر موارد صادق است، ولی اولا هر کدام از آنها نقاط متفاوتی را بیشتر از دیگری تحت تأثیر قرار می دهند و ثانیاً بسته به محل ساخت، ممکن است هر یک از آنها حاکم بر طراحی شوند. بنابراین چیرگی نیروهای ناشی از باد به هیچ وجه به طور مطلق درست نبوده و مقایسه نسبی نیروهای این دو نوع بار است که تعیین می کند ناحیه خاصی از سازه باید طبق کدام بار طراحی شود. برای آنالیز یک سازه در برابر نیروی زلزله و حل معادلات تعادل دینامیکی چهار روش وجود دارد که هر یک مزایا و معایبی دارند:
۱) انتگرال گیری مستقیم از معادله تعادل دینامیکی
۲) روش برهم نهی مودها
۳) روش طیف پاسخ
۴) روش ارتعاشات تصادفی
یکی از مهم ترین مراحل طراحی سازه به دست آوردن بارهای طراحی است. در روش اول، بار زلزله با تاریخچه زمانی حرکت زلزله تعریف می شود. این روش بیشتر وقی به کار می آید که قرار است رفتار یک برج ساخته شده، در برابر زلزله سنجیده شود(نصیر" ۲۰۰۲ و صبوری ۲۰۰۶) و در هر دو محدوده خطی و غیرخطی قابل بکار بردن است. اما از یک طرف هیچ روش منطقی برای تعیین مستقیم رکورد طراحی وجود ندارد و از طرف دیگر از آنجا که خروجی نیروها تابعی از زمان است، پیدا کردن نیروی ماکزیمم برای طراحی مشکل است. همچنین روشی بسیار وقت گیر و پرهزینه است. اما همانطور که در این مقاله نشان داده شده است می تواند در پیدا کردن بار طراحی برخی از دیگر روش ها کمک کند. روش برهم نهی مودها نیز همان مشکلات انتخاب رکورد طراحی و انتخاب نیروی ماکزیمم طراحی را دارد، ولی زمان و هزینه خیلی کمتری صرف آن می شود. البت، تنها در محدوده خطی یا مواردی که غیرخطی شدن ها کم است می تواند استفاده شود. اثر زلزله روی، برج های خنک کننده از این راه نیز بررسی شده است (گران ۱۹۷۸ و کاتو" ۱۹۸۶). بار طراحی برای روش ارتعاشات تصادفی با تابع چگالی طیفی انرژی بیان می شود که بسته به محل ساختگاه قابل تعیین است و باز هم تنها در محدوده خطی معتبر است. این روش به دلیل اینکه پایه احتمالاتی دارد، تا کنون مورد علاقه مهندسان طراح که اغلب گرایش سازهای دارند قرار نگرفته و کمتر به کار میرود. شاید بتوان گفت که تا کنون تنها یک مقاله با ایران اساس در زمینه برج های خنک کن منتشر شده است (ابوسیتا ۱۹۷۰). منطقی ترین و اقتصادی ترین راه برای آنالیز و طراحی لرزه ای برج های خنک کننده، روش طیف طراحی می باشد(گوپتا ۱۹۷۵) که در واقع باید تنها در محدوده تعطی به کار رود ولی با ترفندهایی در نواحی غیر خطی نیز به کار برده می شود. لازم به ذکر است که قدیمیترین روش آنالیز برای بار زلزله، بار معادل استاتیکی است که در مجموعه فوق ذکر نشده است (گلد ۱۹۶۷)، چون نمی توان آن را به عنوان یک آنالیز دینامیکی قلمداد کرد. ولی حتی امروزه نیز پرکاربردترین روش آنالیز و طراحی لرزه ای در ساختمانها است و در برج های خنک کننده نیز به عنوان کنترل کننده برج طراحی شده با روش های دیگر به کار میرود.
از آنجا که رفتار این سازه از جهات بسیاری با ساختمانهای عادی متفاوت است، اذا باید اعتبار روش مذکور سنجیده شود. برای این منظور برج خنک کننده بناب تحت دو شتاب نگاشت متفاوت بم و السنترو قرارداده شده و با انجام آنالیز دینامیکی غیرخطی، حداکثر برش پایه ایجاد شده از این روش با برش پایه آیین نامه مقایسه شده است. برای منظور کردن اثرات غیرخطی ، از آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی با انتگرال گیری مستقیم استفاده شده است و هر دو نوع غیرخطی شانهای مادی و هندسی اثر داده شدهاند.
۲- مشخصات برج ها
برج بناب با ارتفاع ۱۳۰ متر بلندترین برج خنک کننده کشور می باشد و با توجه به اهمیت زیاد ستونها
در میزان اسیب های ناشی از زلزله ،در اینجا انالیز های روی این برج انجام می گیرد.ابعاد کلی ان در شکل
(۱) نشان داده شده است. این شکل نشان دهنده ابعاد و جزئیات و متون ها و آرماتورهای طولی یک جفت
ستون نیز میباشد که در ان خاموت ها نشان داده نشده اند، زیرا دره دل سازی ها لحاظ نمی شوند.
۳- مدلسازی
مدل سازی آنالیز، هر دو نرم افزار انجام شده است. المان بندی سازه در شکل (۲) نشان داده شده است. پی برج به شکل حلقوی می باشد که ارتفاع ان در محلی ستون ها اندکی بیشتر از نواحی مجاور آن است. از آنجا که مدلسازی به صورت دقیق، باعث پیچیده شدن می گردید، از متوسط ضخامت پی که برابر ۱/۶۵ متر بود استفاده شد. المان هانی پی و ستون ها از نوع Solid هستند. هر ستون در سطح مقطع به ۶ قسمت و در طول خود به ۲۹ المان تقسیم شده است. آرماتورهای طولی ستونها (هم در مقطع یک ستون و هم در قسمت تقاطع ستونها) به صورت تک تک، دقیقاً سر جای خود مدل شدهاند و از سادهسازی پرهیز شده است. از آنجا که المان های ستون از نوع Solid بودند برای جلوگیری از تمرکز تنش در محل اتصال پوسته به ستون، مقداری از ابتدای پوسته نیز با Solid المان بندی شد. بقیه پوسته با المان Shell پوشش داده شد. آرماتورهای پوسته مانند روش متداول در برج های خنک کننده، به صورت لایه معادل در نظر گرفته شد. مشخصات بتن و فولاد به کار رفته در ساخت برج در شکل (۲) آمده است. همانطور که مرسوم است خاک با تعدادی فنر الاستیک جایگزین شد. برای محاسبه سختیهای استاتیکی و دینامیکی فنرها از نمودارهای مربوط به پی های رینگی استفاده شده است. اثر افزایشی عمق بر سختی نیز به صورت ضرایبی در جهات افقی و قائم در نظر گرفته شده است.
8- مدلى مصالح بتن و فولاد
با توجه به اینکه در بارگذاری زلزله بازگشت کرنش ها بارها اتفاق میافتد از مدل پلاستیسیته آسیب دیده بتن استفاده شده است. این مدل مشکلات مدل بتن با ترک پوششی را ندارد و در هر دو بارگذاری مونوتونیک و چرخه ای تطابق بسیار خوبی با نتایج تجربی دارد(فنوز ۱۹۹۸).
