بخشی از مقاله
خلاصه
جداساز سیستم آونگ اصطکاکی - FPS - به علت اینکه زمان تناوبش به وزن روسازه وابسته نیست، انتخاب مناسبی برای جداسازی مخازن ذخیره مایعات است که وزن سیال ذخیره شده میتواند متغیر باشد. از طرف دیگر زلزلههای حوزه نزدیک گسل با دارا بودن پالسهای سرعت شدید، معمولا به صورت توابع تحلیلی پالس معادل نیز توسط محققین مختلف ارائه شدهاند.
در این تحقیق با توجه به اثرات بسیار مخرب این نوع زلزلهها بر روی مخازن ذخیره مایعات، دقت پالسهای معادل در پیشبینی پاسخ لرزهای مخازن مورد تحلیل قرار میگیرند. ابتدا مخازن نمونه پهن و لاغر تحت پالسهای معادل به دست آمده از روابط تحلیلی، ارزیابی میشوند و سپس پاسخهای لرزهای آنها با پاسخهای حاصل از رکوردهای واقعی زلزلههای حوزه نزدیک گسل مقایسه میشوند. نتایج حاصله بیانگر این است که پاسخهای لرزهای مخازن تحت رکوردهای نزدیک گسل که حاوی پالسهای مشهود سرعت هستند، کاملا تحت تاثیر اندازه و موقعیت این پالسهاست.
1. مقدمه
جداسازی لرزهای یک روش شناخته و محبوب برای کاهش پاسخ سازهها تحت زلزله میباشد که محققین زیادی به بررسی این تکنیک پرداختهاند.
مطالعات متعددی از دهههای گذشته برای نشان دادن کارایی و عملکرد مخازن جداسازی شده انجام پذیرفته است که در اینجا برخی موارد شاخص ذکر میشود. ملهوترا استفاده از جداسای لرزهای در مخازن را بررسی نموده و مشاهده کرد که استفاده از این تکنیک باعث کاهش قابل ملاحظهای در برش پایه، لنگر واژگونی و تنش محوری مخزن میشود ولی تاثیر چندانی در ارتفاع امواج سطح آزاد سیال ندارد.
شریمالی و جنگید، پاسخ مخازن جداسازی شده مبتنی بر لغزش را تحت زلزلههای دوجهته مطالعه کردند[4]؛ آنها همچنین در یک تحقیق دیگر عملکرد سیستمهای مختلف جداسازی را در مخازن باهم مقایسه نمودند.[5] نتایج به دست آمده حاکی از آن بود که برای کنترل پاسخ لرزهای مخازن، جداسازهای مبتنی بر لغزش همانند جداساز سیستم آونگ اصطکاکی - FPS - موثرتر از جداسازهای الاستومتریک میباشد. در سالهای اخیر حالتهای پیشرفتهتری از جداساز آونگ اصطکاکی ارائه شده است؛ به عنوان نمونه سونی و همکاران رفتار لرزهای مخازن پهن و لاغر جداسازی شده با جداساز آونگ دو فرکانسی متغیر - DVFPI - را بررسی کردهاند.
زلزلههای حوزه نزدیک گسل دارای ویژگیهای پالس شدید سرعت و محتوای فرکانسی با پریودهای بالا است که باعث خسارات فراوانی در زلزلههای اخیر - 1994 نورثریج، 1995 کوبه، 1999 ترکیه و 1999 چیچی - شده است. این نوع زلزلهها با داشتن محتوای پریود بلند میتوانند حرکت سیال در سطح آزاد مخازن را به شدت تحت تاثیر قرار دهند.[7] از طرف دیگر پیچیدگی زلزلههای واقعی، بررسی اثرات پارامترهای کلیدی پالسها، مانند دامنه و دوره تناوب پالس را دشوار کرده است.
به این علت محققان تحقیقات فراوانی روی استخراج پالس غالب - معادل - انجام دادهاند که یکی از این روشها استفاده از تبدیل موجک در تاریخچه زمانی سرعت این نوع زمین لرزهها میباشد.[10-8] هدف از این تحقیق بررسی دقت و سازگاری پالسهای معادل پیشنهادی در مخازن پهن و لاغر جداسازی شده با سیستم آونگ اصطکاکی میباشد. برای این منظور مخزن و سیال درون آن توسط مدل مکانیکی معادل چند درجه آزاد بر روی جداساز با رفتار غیرخطی ناشی از اصطکاک مدل شده و دستگاه معادلات غیرخطی حاکم با روش عددی رانگ-کوتا مرتبه چهار حل میشود.
2. مدل ریاضی و معادلات حاکم بر آن
ملهوترا در سال 2000 ، با ترکیب مودهای بالاتر ضربانی و نوسانی با مود اول ضربانی و نوسانی، مدل مکانیکی سادهای برای تحلیل لرزهای مخازن انعطاف پذیر مایع ارائه نمود1]مدل.[1 ریاضی مخزنِ شاملِ جداساز در شکل 1 نشان داده شده است. مود نوسانی با جرم mc ، فنر با سختی kc و میرایی cc، و مود ضربانی با جرم mi ، فنر با سختی ki و میرایی ci مدل میشود. تعریف و روش محاسبه این پارامترها در مرجع[11] به طور مفصل بیان شده است.
شکل -1 مدل ریاضی مخزن جداسازی شده مورد استفاده در این تحقیق
معادلات حرکت سیستم سه درجه آزاد مخزن جداسازی شده مطابق شکل 1 را میتوان به صورت زیر نوشت:
لازم به توضیح است که ui ، uc و ub جابجاییهای نسبی نسبت به زمین برای جرم ضربانی، جرم نوسانی و جرم پایه است. ug شتاب زمین وF نیروی مقاوم FPS وmb جرم پایه میباشد. جرم کل سازه - M - که عامل ایجاد بار قائم وارد بر جداساز - W=Mg - میشود از جمع جرم کل روسازه و دال پایه به دست میآید: . M=mc+mi+mb زمان تناوب جداساز Tb و نیروی مقاوم FPS ، F از روابط - 4 - و - 5 - محاسبه میشوند:
جمله اول در رابطه بالا نیروی الاستیک خطی ناشی از سختی سیستم است که از سطح قوسی آن سرچشمه میگیرد و جمله دوم نیروی اصطکاک بر اساس مدل بوک-ون تعمیم یافته است. R شعاع انحنای جداگر، ضریب اصطکاک وابسته به سرعت آن که از رابطه - 6 - محاسبه میشود و Z پارامتر هیسترسیس مدل بوک-ون است که بین 1 و -1 تغییر میکند:
با تبدیل معادله حرکت، به معادلات دیفرانسیل مرتبه 1 - فضای حالت - ، دستگاه معادلات استخراج شده توسط نرمافزار MATLAB حل میشود و نتایج به صورت جابجایی نسبی جداساز نسبت به زمین - ub - ، جابجایی نسبی نوسانی و ضربانی نسبت به پایه - xi ui ub , xc uc ub - ، برش پایه سازه - Fs - و لنگر واژگونی - M - بدست میآید. برش پایه سازه و لنگر واژگونی به صورت رابطه - 8 - نرمال میشوند:
3. پالس معادل زلزلههای حوزه نزدیک گسل
در این مقاله از روابط تحلیلی پیشنهادی حسینی واعظ و همکاران [10] مطابق روابط - 9 - و - 10 - برای پالسهای معادل زلزلههای حوزه نزدیک گسل استفاده میشود:
.برای مقایسه نتایج، از 5 رکورد واقعی زلزله حوزه نزدیک گسل با پالس مشهود سرعت نیز استفاده میشود. مشخصات این رکوردها به همراه پارامترهای مورد نیاز برای تشکیل پالس معادل تحلیلی به نقل از مرجع [10] در جدول 1 آورده شده است. در شکل 2 نیز رکوردهای سرعت و شتاب زمین برای هر دو حالت رکورد واقعی و پالس معادل آن رسم شده است.
جدول -1 مشخصات رکوردهای حوزه نزدیک گسل و پارامترهای حاصل از برازش پالس معادل بر آنها
