بخشی از مقاله
خلاصه
مخازن نگهداری سیالات از جمله سازه های مهم صنعتی می باشند که باید پس از وقوع زلزله به عملکرد خود ادامه دهند. آسیب دیدگی این سازهها در زلزلههای گذشته نشان دهنده عملکرد نامناسب این سازهها میباشد. روش های متعددی برای کاهش نیروها و آسیبهای وارده بر این سازه ها ناشی از زلزله وجود دارد. یکی از موثرترین این روش ها استفاده از جداسازهای لرزه ای می باشد.
در این راستا از آنجایی که زمان تناوب جداساز آونگ اصطکاکی به وزن سازه روی آن وابسته نمیباشد، این جداساز دارای عملکرد مناسب تری نسبت به سایر سیستم های جداسازی می باشد. در این مقاله ابتدا به بررسی رفتار لرزهای مخازن جداسازی شده پرداخته می شود و سپس تاثیر میرایی بر پاسخ این سازه ها مورد ارزیابی قرار میگیرد.
برای این منظور دو مخزن پهن و لاغر در حالت گیرداری و جداسازی شده تحت سه رکورد نزدیک گسل مورد ارزیابی تحلیل تاریخچه زمانی قرار گرفتهاند. نتایج بدست آمده نشان می دهد اگرچه استفاده از جداساز لرزه ای تاثیر چندانی در کاهش پاسخ جرم نوسانی ندارد، اما برش پایه تا %80 کاهش مییابد. هم چنین استفاده از میراگر ویسکوز به همراه جداساز لرزهای پاسخ سازه را افزایش میدهد.
1. مقدمه
مخازن استوانه ایی نگهداری سیالات، سازههای مهمی هستند که باید در هنگام وقوع زلزله به عملکرد خود ادامه دهند. به دلیل اندرکنش بین سازه و سیال، این سازهها دارای رفتار متفاوتی نسبت به سایر سیستمها از قبیل ساختمانها و پلها می باشند. آتش سوزی، کمانش جداره مخزن، آسیبهای وارده به سقف مخازن و ... نشان دهنده عملکرد نامناسب این سازهها در زلزلههای گذشته میباشد.
روشهای متعددی برای کاهش و مقاوم سازی این سازهها وجود دارد.
- 1 افزایش ضخامت جداره برای کاهش نیروی محوری و جلوگیری از کمانش. با این وجود افزاش ضخامت جداره معمولا باعث افزایش انرژی لرزهایی ورودی میشود.
- 2 استفاده از ابزارهای کنترل غیرفعال سازه از جمله میراگرها و جداسازهای لرزهایی.
جداسازهای لرزهایی در چهار دهه اخیر برای کاهش انرژی ورودی به سازه و همچنین برای مقاوم سازی سازههای متفاوت از قبیل ساختمانها و پلها مورد استفاده قرار گرفتهاند. همچنین ابزارهای کنترل غیر فعال سازه مانند میراگرها و جداسازهای لرزهایی در سالهای اخیر در مخازن نگهداری سیالات عمدتا مورد استفاده قرار گرفتهاند. کلی3 و مایس4 برای مقاوم سازی یک مخزن نگهداری سیالات از جداسازهایی که بر روی ستونهای کوتاهی که روی فنداسیون بتنی قرار داشتند، استفاده کردند.
تاجیریان نیز برای کاهش نیروهای وارد به یک مخزن نگهداری گاز از جداساز لاستیکی استفاده کرد و نتیجه گرفت با استفاده از جداساز لرزهایی ممان واژگونی کاهش مییابد.
در سال 1995 زایاس1 و لو به معرفی و استفاده از جداساز آونگ اصطکاکی - Friction Pendulum System - 2 پرداختند و از این جداساز برای مقاوم سازی یک مخزن نگهداری گاز استفاده کردند.
شیرمالی3 و جنگید4 نیز از کسانی بودند که به بررسی رفتار لرزهایی مخازن جداسازی شده پرداختند. آنها ابتدا به مقایسه سیستمهای لغزشی5 و الاستومریک6 پرداختند، سپس به مقایسه رفتار لرزهایی مخازن جداسازی توسط جداسازهای آونگ اصطکاکی، اصطکاکی خالص و الاستومتریک پرداختند و نتیجه گرفتند جداسازهای لغزشی عمکلرد بهتری نسیت به جداسازهای الاستومریک دارند
آبالی و اوکان به بررسی رفتار لرزهای مخازن جداسازی شده با استفاده از جداساز FPS پرداختند و نتیجه گرفتند اثرات مولفه قائم زلزله و ممان واژگونی در محاسبه پاسخ باید در نظر گرفته شوند
سلیمه و همکاران به مقایسه رفتار مخازن جداسازی شده توسط انواع جداسازهای اصطکاکی و لاستیکی پرداختند و نتیجه گرفتند جداساز FPS عملکرد بهتری نسبت به سایر جداسازها در کاهش برش پایه دار.
ازآنجا که در هنگام وقوع زلزله حجم سیال درون مخزن مشخص نمیباشد و جداساز آونگ اصطکاکی تک قوسی به دلیل آنکه پریود آن به وزن سازه روی آن وابسته نمیباشد، عملکرد بهتری نسبت به سایر سیستمهای جداسازی دارد. در این مقاله به بررسی رفتار لرزهایی مخازن جداسازی شده با استفاده از جداساز آونگ اصطکاکی تک قوسی تحت رکوردهای نزدیک گسل پرداخته میشود. برای این منظور دو مخزن پهن و لاغر در نظر گرفته شده و پاسخهای لرزهایی آنها در دو حالت گیردار و جداسازی شده مورد مقایسه قرار میگیرد و سپس تاثیر میرایی ویسکوز بر پاسخ لرزهایی این مخازن مورد مطالعه قرار میگیرد.
2. مدل ساده شده جرم و فنر
مدل اجزاء محدود مخزن جداسازی شده بسیار پیچیده و زمانبر خواهد بود، از همین روی مدل ساده شدهایی برای آن در نظر گرفته شده است. برای این منظور از مدل ساده شده جرم و فنر ارائه شده توسط هارون و هاوسنر[9] که در آن از سیستم جداساز لرزهایی آونگ اصطکاکی مطابق با شکل 1 استفاده میشود.
شکل :1 مدل ساده شده جرم و فنر در نظر گرفته شده
همانطور که در شکل مشخص است مخزن و آب موجود در آن توسط چند جرم متمرکز و فنر و میراگر درنظر گرفته شده است که در آن Rigid - mr - Base جرم صلب میباشد و - Impulsive Mass - mi جرمی است که با بدنه مخزن نوسان میکند و همراه با بدنه مخزن در نظر گرفته میشود و mc - Convective Mass - جرم مواج است که جداگانه نوسان میکند. در این مدل ki سختی مربوط به جرم mi و kc سختی مربوط به جرم mc میباشد.
همچنین میرایی برای این دو جرم نیز به ترتیب با Ci و Cc نمایش داده میشوند. اثر میرایی اضافه نیز با درنظر گرفتن میرایی ویسکوز با Cb نشان داده شده است. برای بدست آوردن مقادیر جرم، سختی و میرایی برای هرکدام از جرمها روابط زیر ارائه شده است:
در روابط S=H/R - نسبت ارتفاع مخزن به شعاع آن - و c ، L و U نسبت جرم هستند که به صورت زیر تعریف میشوند:
که در آن w چگالی مایع موجود در مخزن میباشد. فرکانس طبیعی برای دو جرم mi و mc به صورت زیر تعریف میشود:
که در آن E و s به ترتیب مدول الاستیسیته و چگالی جداره مخزن و P پارامتر بدون بعدی است که از رابطه زیر بدست میآید که در رابطه فوق c و i نسبت میرایی برای دو جرم mc و mi میباشند. درصد میرایی جرم نوسانی برابر با 0,005 و درصد میرایی جرم ضربانی برابر با0,02 در نظر گرفته شده است. در شکل 2 تصویر شماتیک مدل جرم و فنر مخزن جداسازی شده توسط جداساز آونگ اصطکاکی تک قوسی نشان داده شده است.
شکل -2 تصویر شماتیک مدل جرم و فنر مخزن جداسازی شده توسط جداساز آونگ اصطکاکی تک قوسی
