بخشی از مقاله
چکیده
جنبش شدید زمین شامل سه مولفه حرکت انتقالی و سه مولفه حرکت دورانی میباشد. جنبشهای دورانی ایجاد شده، علیرغم آگاهی از وجود آن توسط محققین، به دو دلیل عمده برای مدت طولانی نادیده گرفته شدهاند؛ -1 دستگاههای استاندارد لرزهنگاری قادر به ثبت این مولفههای جنبش شدید زمین نبودند. -2 تاثیرات مولفههای دورانی بر روی سازهها ناچیز انگاشته میشد. تاکنون تحقیقات کمی در خصوص رفتار سازه برج خنککن هذلولی شکل در اثر زلزله صورت پذیرفته است و آنچه نیز تاکنون صورت پذیرفته تحلیل لرزهای این سازهها فقط تحت اثر مولفه انتقالی زلزله بوده و اثر مولفه دورانی در این سازهها مورد توجه قرار نگرفته است.
در این پژوهش به بررسی پاسخ دینامیکی برجهای خنک-کننده تحت اثر توام مولفه انتقالی و دورانی زلزله پرداخته میشود. برای این منظور ابتدا به مدلسازی سه بعدی برج خنککننده در نرم افزاز انسیس پرداخته و پس از آن سازه مورد نظر تحت اثر فقط مولفههای انتقالی زلزله و همچنین تحت اثر توام مولفههای انتقالی و دورانی زلزله تحلیل دینامیکی خطی میگردد و پاسخ تغییر مکان تاج برج خنککن در دو حالت مقایسه و اثر مولفههای دورانی مورد ارزیابی قرار میگیرد. با توجه به نتایج تحقیق تاثیر مولفه دورانی بر پاسخ سازه برج خنککن، بسته به محتوای فرکانسی مولفه دورانی و همچنین بیشینه شتاب دورانی میتواند افزاینده یا کاهنده باشد.
کلمات کلیدی: برج خنککن هذلولی شکل، مولفه دورانی زلزله، تحلیل دینامیکی
مقدمه
جنبش شدید زمین شامل سه مولفه حرکت انتقالی و سه مولفه حرکت دورانی میباشد. جنبشهای دورانی ایجاد شده، علیرغم آگاهی از وجود آن توسط محققین، به دو دلیل عمده برای مدت طولانی نادیده گرفته شدهاند؛ -1 عدم امکان ثبت مولفههای دورانی، دستگاههای استاندارد لرزهنگاری قادر به ثبت این مولفههای جنبش شدید زمین نبودند. -2 تاثیرات مولفههای دورانی بر روی سازهها ناچیز انگاشته میشد. شبیه مولفههای انتقالی، مولفه های دورانی جنبش زمین از دو جنبه لرزه شناسی و مهندسی حایز اهمیت میباشند.
در مهندسی سازه، تعیین جنبش دورانی به منظور شناسایی اهمیت و چگونگی تاثیر این مولفهها بر پاسخ سازهها، نحوه اعمال اثر این مولفهها در طراحی سازهها و روابط آیین نامهای اهمیت دارد. هر چند در تحلیل دینامیکی سازهها، اغلب با صرف نظر کردن مولفه های دورانی جنبش زمین، ساده سازی میشود همانطور که در بالا اشاره شد این ساده سازی اغلب به علت نبود شتاب نگاشتهای ثبت شده برای مولفههای دورانی میباشد.
به طور کلی مطالعات صورت گرفته در زمینه برآورد مولفههای دورانی جنبش شدید زمین در سالیان اخیر را می توان در سه بخش دسته بندی کرد: گروه اول تحقیقاتی هستند که بر پایه مدل سازی الگوی انتشار امواج به استفاده از سازوکار گسلش در منبع لرزه استوارند. این ایده را اولین بار آکی در سال 1968 و هکل در سال 1969 مطرح کردند و آکی و بوشون و کاستلانی و برفی نیز در این زمینه کار کردند. دسته دوم تحقیقات، بر اساس استفاده از مولفههای انتقالی در برآورد مولفه پیچشی صورت میگیرند.
در تحقیقات اولیه سعی بر ایجاد رابطه بین مولفه پیچشی و مولفه انتقالی در یک نقطه بود - نیومارک ، استرادا و گریولد ، ناتان و مکنزی ، غفوری آشتیانی و سینگ .گروه دیگری از تحقیقات بر پایه استفاده از مولفههای انتقالی ثبت شده در شبکههای شتاب نگاری و روش تفاضلی در برآورد مولفه پیچشی استوار است. هر چند در ابتدا از دادههای شبکه شتاب نگاری خطی بهره گرفته شد - نیازی ، اولیویرا و بولت اما با ایجاد چند شبکه شتابنگاری متراکم، دقت برآورد مولفه پیچشی و هم چنین شناخت مشخصات و ویژگیهای مولفههای دورانی نیز افزایش یافت که می توان به کارهای اسپودیچ و همکاران ، بودین ، قائممقامیان و نوری اشاره نمود. دسته سوم تحقیقات، مربوط به ثبت مستقیم دادههای مولفه پیچشی با به کارگیری ابزار اپتیکی است.
دستگاه لرزهنگاری دورانی را به منظور ثبت زمینلرزههای کوچک در هلند و ایتالیا بکار بردند، کاربرد چنین دستگاههای در لرزهشناسی در محدودههای گوناگون بزرگا و فاصله، دارای دقت بسیار کمی است . ساریانتو و همکاران با نصب یک حلقه لیزری در کنار یک شبکه لرزهنگاری، مولفه پیچشی حاصل از اختلاف تفاضلی مولفههای انتقالی و پیچشی ثبت شده در شبکه لیزری را مورد مقایسه قرار دادند . لین و همکاران توانستند مولفه پیچشی مربوط به دو انفجار بزرگ را که در شمال تایوان ثبت شده بود، ثبت کنند .
پاسخ سه بعدی سازهها تحت شش مولفهای زلزلههای نزدیک و دور گسل را شکیب و علیرضایی انجام دادند. در این مطالعه سه مولفه دورانی از مشتق مولفههای انتقالی و میزان سرعت موج برشی ساختگاه بدست آمده و آثار رکوردهای دورانی زمین لرزه بر پاسخ سازه تحت هر شش مولفه رکورد زلزلههای نزدیک و دور از گسل، بر سیستم ایدهآل شده ارزیابی شده است .[3] مقایسه روشهای برآورد مولفه پیچشی جنبش زمین با استفاده از دادههای شبکه شتابنگاری متراکم را نوری و همکاران انجام دادند.
در این مقاله با استفاده از دادههای شبکه شتاب-نگاری چیپا، شتابنگاشتهای مولفه پیچشی با استفاده از سه روش مشتق زمانی، تفاضل محدود و روش ژیودتیک برآورد و مقایسه شده اند .[4] اثر مولفههای دورانی زلزله در پاسخ دینامیکی سدهای بتنی وزنی با احتساب اندرکنش سد و مخزن را کلانی و همکاران مورد بررسی قرار داد. در این مقاله مولفههای دورانی حرکت زمین با استفاده از مولفه های انتقالی آن با در نظر گرفتن سرعت امواج وابسته به بسامد تولید شده، سپس این مولفهها به روشهای مناسب به مدل اجزاء محدود سیستم سد و مخزن اعمال و پاسخ دینامیکی آن با استفاده از روش نیومارک و با در نظرگیری تغییرمکان به عنوان متغییر مجهول در گرههای شبکه اجزاء محدود کل سیستم به دست آمده است .
برجهای خنککن هذلولی شکل، سازههای پوستهای نازک بزرگی هستند که از بتن مسلح ساخته میشوند. این سازهها در افزایش راندمان و ضریب اطمینان مولدهای نیرو سهیم هستند. حل دقیق این سازهها با استفاده از آنالیز سه بعدی تئوری الاستیسیته اگر ممکن نباشد بسیار مشکل و پیچیده میباشد لذا جهت حل این سازهها به روشهای عددی روی آورده میَشود. استفاده از روش المان محدود به عنوان یک روش استاندارد جهت حل این سازهها به صورت گستردهای پذیرفته شده است.
امروزه به دلیل حجیم بودن سازه برجهای خنککن و حجم بالای محاسبات جهت تحلیل این سازهها از نرمافزارها، که عمدتا بر اساس روش المان محدود میباشند، استفاده میشود. گبلر و همکران در سال 1990 درباره خرابی پوسته برجهای خنک کننده ناشی از گرم و سرد شدن برج و مواد مناسب برای تعمیر این خرابیها تحقیق کردند .شو و وندا در سال 1990 سازه برج خنککن را به همراه خاک بستر آن مدل کرده و رفتار دینامیکی برج را با تغییر نوع خاک بستر مورد بررسی قرار دادند .
جورادو و همکاران در سال 1999 آنالیز سازهای و آنالیز ایمنی برجهای خنککن را جهت نگهداری و افزایش طول عمر برجها انجام دادند . اجوری در سال 2005 بر روی مواد مناسب برای ساخت و محافظت برجهای خنککن تحقیق کرد . ونگ و همکاران در سال 2013 آنالیز دینامیکی غیرخطی برجهای خنککن بلند را انجام دادند. در این مقاله روند و نتایج آنالیز مودال و آنالیز دینامیکی غیر خطی اجزا محدود برای برج خنککن بلند به ارتفاع 220 متر و مدل کوچک شده آن برای تست میز لرزش تحت زلزله طراحی ارایه شده است . در میان کارهای انجام شده اثر مولفه دورانی زلزله بر روی این سازهها در نظر گرفته نشده است لذا در این پژوهش اثر مولفههای دورانی زلزله بر روی این سازهها در نظر گرفته میشود.
تئوری
به منظور تحلیل دینامیکی سازه برج خنککن در نرم افراز انسیس، از المان solid65 جهت مدل سازی پوسته استفاده شده است. این المان با توجه به شکل 1 یک المان سه بعدی و هشت گرهی میباشد. المان solid65 تنها درجات آزای انتقالی UX و UY و UZ را در نظر میگیرد و میتوان با این المان میلگرد موجود در بتن را نیز مدل سازی کرد. همچنین با کمک این المان میتوان تحلیل خطی و غیر خطی بتن را انجام داد. برای المان solid65، تعداد نقاط انتگرال گیری دو نقطه در هر جهت میباشد.
