بخشی از مقاله
خلاصه
این مطالعه بر روی تاثیرابعاد مخازن بتنی نیمه مدفون بر رفتار غیرخطی آن ها متمرکز شده است. شرایط تکیه گاهی مخزن در این مطالعه از هر دو حالت انعطاف پذیر و غیرانعطاف پذیر مورد بررسی و در نظر گرفته شده است.. روش المان محدود - FE - به منظور بررسی پاسخ غیرخطی مخازن استوانه ای تحت تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی و پوش اوور - بارافزون - استفاده شده است. علاوه بر این، فاکتور اصلاح کننده پاسخ - ضریب رفتار - - - R موجود در عمل در حال حاضر بر اساس نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی و پوش اور مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد که نوع ساخت و ساز بر شکل پذیری مخازن تاثیر می گذارد.
.1 مقدمه
سازه های حاوی مایع - - LCS از اجزای مهم دربرنامه های کاربردی تجاری و صنعتی هستند.از آنها برای ذخیره آب وسایر محصولات مانند نفت و گاز استفاده میشود. بنابراین، مخازن ذخیره سازی را می توان به عنوان تاسیساتی از امکانات صنعتی در نظر گرفت.آنهاعناصرمهم درسیستم های تامین آب وآتش نشانی شهری هستند، و به طور گسترده برای ذخیره سازی و یا پردازش انواع مایعات و مواد شبه مایع، از جمله نفت، گاز طبیعی مایع، مایعات شیمیایی، و اشکال مختلف مواد زائد استفاده می شوند.
مخازن مرسوم بتن استفاده گسترده ای برای تجهیزات شهری و صنعتی برای چندین دهه داشته اند. انواع مختلفی ازمخازن ذخیره سازی بسته به نوع ساختار، هندسه،مصالح ساختمانی، شرایط تکیه گاهی، و غیره وجود دارد. مخازن مدفون باتوجه به پیکربندی مخزن - مستطیل یا دایره - ، شرط تکیه گاه دیوار - اتصالات پایه انعطاف پذیر یا انعطاف ناپذیر - ، و روش ساخت وساز طبقه بندی می شود.
بسیاری از مخازن، به ویژه مخازن استوانه ای از فولاد ساخته شده اند.با این حال، مخازن بتنی از جمله آنهایی که استوانه ای هستند در حال محبوب تر شدن هستند. این امر با توجه به بهبود خدمات و دوام و همچنین با توجه به شکست های متعدد مشاهده شده از مخازن فولادی در زلزله های گذشته است.
همانطور که در طول سال ها تعداد و اندازه سازه های حاوی مایع افزایش یافته است، بنابراین اهمیت و نیاز به درک بهتری از رفتار آنها به منظور تدوین روش های منطقی و کارآمد برای تجزیه و تحلیل و طراحی آنها نیز افزایش یافته است.این نیاز، به خصوص برای سیستم های در حال توسعه که قادر به تحمل بارهای وارده از جمله زلزله و دیگر تحریک های دینامیکی هستند، مبرم است. گرچه برخی از مطالعات بر روی پاسخ مخازن تحت تکان های زمین انجام شده است،ولی توجه بسیار کمی به پاسخ غیرخطی و میزان انعطاف پذیری موجود برای مخازن بتنی استوانه ای نیمه مدفون شده است.همانطور که رفتار سازه حاوی مایع تحت بارهای لرزه ای منحصر به فرد هستند، بحث هایی در مورد پایه و اساس مقادیر توصیه شده فاکتور اصلاح پاسخ - - R موجود دراستانداردهای فعلی وجود دارد. مقادیرR اثر قابل توجهی بر نیروهای لرزه ای در نظرگرفته شده در طراحی ومتناسباً با ابعادمورد نیاز بتن و مقدار آرماتورها دارد. از این رو،با توجه به تعداد زیاد و اندازه مخازن مایع بتنی هرگونه کاهش امن در ابعاد، ضخامت دیواره و آرماتورها می تواند مقرون به صرفه باشد.
.2 مواد و روش ها
.1-2 آیین نامه ها و استانداردهای موجود برای مخزن های حاوی مایع - LCS -
در این بخش، مروری کوتاه بر آیین نامه ها و استانداردهای موجود برای طراحی مقاوم در برابر زلزله مخزن های حاوی مایع - LCS - انجام می شود. در این مرور، بر آیین نامه ها و استانداردهایی تکیه می شود که در آمریکای شمالی به کار می روند. آیین نامه بین المللی ساختمان - IBC 2011 - روشی جامع و مفصل را برای محاسبه نیروهای لرزه ای وارد بر مخزن های حاوی مایع - LCS - فراهم آورده است، اما این آیین نامه بیشتر در ایالات متحده آمریکا مورد استفاده قرار می گیرد. استاندارد ASCE 7-10 سال 2010 برای طراحی لرزه ای مخزن های ذخیره مایع معمولی به کار می رود. در این استاندارد، حرکت زمین به صورت طیف پاسخ نسبت به زلزله ماکزیممی - MCE - تعریف شده است که به احتمال 2 درصد ممکن است در دوره ای 50 ساله زلزله ای شدیدتر از آن رخ دهد - که این معادل است با فاصله رخداد مجددی برابر با حدود 2500 سال - .
در حال حاضر، دستورات راهنمای مستقیمی برای طراحی سازه های زیست محیطی در آیین نامه ها و استانداردهای طراحی کانادا وجود ندارد. با اینحال، آیین نامه ها و استانداردهای بسیار دیگری در این زمینه در دسترس می باشند، از جمله - 2006 - ACI 350.3-06، استاندارد 31066 1 - 2010 - نیوزیلند، استاندارد یوروکد-8 اروپا - 2006 - ، و استاندارد BS 8007 بریتانیا. اما استاندارد ACI 350.3-06 جامع ترین و پرکاربردترین استاندارد برای طراحی مقاوم در برابر زلزله مخزن های حاوی مایع - LCS - است.
بازنگری فعلی آیین نامه ACI 350.3-06 برپایه روش طراحی مقاومت نهایی قرار دارد، که در آن مدل مکانیکی معادلی مبتنی بر روش هاسنر - 1963 - در نظر گرفته شده، نیروهای لرزه ای حاصل برای آن محاسبه می گردند.
.2-2 الزامات استاندارد ACI 350.3 و سوابق آیین نامه ای
بر طبق 2001 - ACI 350.3 و - 2006، دیواره ها ، کف، و سقف سازه های حاوی مایع باید طوری طراحی شوند که بتوانند تاثیرات شتاب افقی طراحی و شتاب قائم طراحی را در ترکیب با تاثیرات بارهای استاتیکی اعمال شده تحمل نمایند. در ارتباط با شتاب افقی،باید در طراحی تاثیرات انتقال نیرو بین دیواره و پایه و بین دیواره و سقف، به همراه فشارهای دینامیکی وارد بر دیواره بالای پایه در نظر گرفته شوند.
در استاندارد ACI 350.3 - سال های 2001 و - 2006، توزیع قائم نیروهای دینامیکی عمود بر صفحه دیواره به ازای واحد طول ارتفاع دیوار، به صورت خطی در راستای ارتفاع دیوار است.
. 3-2 روش المان محدود
در شرایط واقعی، توزیع نیروهای لرزه ای در پیرامون مخزن مدور، مطابق با شکل - a - .1 و به صورت توزیع کسینوسی است. در این مطالعه، استفاده از المان های دارای تقارن محوری در آنالیز المان محدود مخزن های مدور بررسی می شود. کاربرد المان های دارای تقارن محوری بسیار ساده تر از المان های پوسته ای است. اما در به کار گیری این المان ها، نمی توان از توزیع کسینوسی برای نیروهای هیدرودینامیکی استفاده نمود، و بنابراین، باید توزیع فشاری یکنواخت را در پیرامون مخزن در نظر گرفت.
آنالیز المان محدود برای تحقیق درستی به کارگیری توزیع فشار یکنواخت مبتنی بر فشار ماکزیمم به دست آمده از توزیع کسینوسی مطابق با شکل - b - .1 انجام می گیرد. به همین دلیل، این آنالیز برای کلیه مدل های مخزن با استفاده از المان های پوسته ای و تحت شرایط توزیع فشار کسینوسی و یکنواخت انجام می گیرد. به منظور تحقیق درستی نتایج، مقادیر پاسخ ماکزیمم در مدل متقارن محوری و مدل المان پوسته ای - توزیع فشارهای به ترتیب یکنواخت و کسینوسی - با یکدیگر مقایسه می شوند.
شکل 1 -توزیع فشار هیدرودینامیک در مخزن های مدور - a - توزیع فشار کسینوسی، - b - توزیع فشار یکنواخت
.3 بحث و نتایج
آنالیز المان محدود با استفاده از برنامه کامپیوتری ABAQUS/CAE نسخه 6,8,3 انجام گرفت. در این نرم افزار، می توان مدل کامپیوتری را با استفاده از تکنیک گرافیکی و تعاملی ایجاد نمود. خواص مصالح، بارها و شرایط مرزی به هندسه انتخاب شده نسبت داده می شوند. مخزن با استفاده از المان های پوسته ای و المان های متقارن محوری مدلسازی می شود. در این مطالعه، در حالاتی که مصالح ساختمانی رفتار غیرخطی ندارند، از آنالیز استاتیکی استفاده می شود. فشارهای ضربه ای - Pi - و همرفتی - Pc - به طور جداگانه در آنالیز المان محدود درنظر گرفته می شوند.
در این مطالعه، از سه مدل المان محدود استفاده می شود:
- مدل مخزن کامل : - FT - در این حالت، مخزن به طور کامل با استفاده از 1680 المان مربع پوسته ای چهار نودی، به ابعاد 0,9 در 0,9 متر مدلسازی شده، نام "مخزن کامل "FT– برای آن انتخاب می شود شکل - a - .2
- مدل نیم مخزن : - 1/2 T - در این حالت، نیمی از مخزن با استفاده از 840 المان مربعی پوسته ای به العاد 0,9 در 0,9 متر مدلسازی و به نام مدل 1/2 T خوانده می شود شکل - b - .2 این مدل تنها برای تحقیق درستی مدلسازی به کار می رود.
- مدل متقارن محوری : - AXI - در این حالت، کل مخزن با استفاده از المان های متقارن محوری - تعداد کل 8 المان در راستای ارتفاع دیواره مخزن - مدلسازی شده، آن را مدل Axi-sym می خوانند شکل - c - .2
شکل -2 مدل المان محدود مخزن مدور: - a - مخزن کامل، - b - مدل نیم مخزن یا ½ T، - F - مدل متقارن محوری
در آنالیز المان محدود انجام گرفته در این مطالعه، فشارهای هیدرودینامیکی با استفاده از دو روش به صورت پیرامونی مدلسازی می شوند. در روش اول، فشارهای هیدرودینامیکی با استفاده از توزیع کسینوسی بارهای لرزه ای وارد بر مبنای ACI 350.3 - 2006 - مدلسازی می شوند، که در شکل a3-6 با Cosine مشخص شده است.
