بخشی از مقاله
خلاصه
تفاوتهایی که در رفتار مخازن نسبت به سایر سازههای معمولی وجود دارد، سبب بوجود آوردن پیچیدگی هایی در تحلیل پاسخ لرزه ای مخازن می شود. مخازن ذخیره مایعات از جمله سازه های می باشد که جزء شریانهای حیاتی محسوب میشوند.
در این مقاله دو نوع مخزن - بلند و پهن - تحت شتاب-نگاشت زلزله کرمان و همچنین برای خاک ماسه ای با تراکم متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. برای بهبود نشست از لایه های ژئوگرید - یک الی سه لایه - استفاده شده است. نتایج نشان میدهند که افزایش تعداد لایه های مسلح کننده باعث کاهش نشست مخزن شده است و به عبارتی ظرفیت باربری خاک در نشست کمتری به مقدار مجاز طراحی شده می رسد. همچنین در ماسه متوسط نشست نسبت به ماسه متراکم بیشتر می باشد و شیب کاهش نشست برای ماسه با تراکم متوسط بیشتر از ماسه متراکم می باشد.
1. مقدمه
به طور کلی مخازن نگهداری و ذخیره کاربردهای متعددی در زمینه آب، ذخیره مواد شیمیایی، مواد نفتی و گازهای طبیعی مایع و... میتوانند داشته باشند اطمینان از عملکرد این مخازن در طول زلزله یکی از مسائل مهم و ضروری میباشد.
مطالعات اولیه روی مخازن نگهداری مایعات توسط جاکوبسن [1] انجام شد که در آن اثر فشار هیدرودینامیکی مطالعات خود را در مخزن مستطیلی در معرض تحریک افقی با فرض دیواره صلب مطالعه کرد و توزیع فشار هیدرودینامیکی مایع در مخازن با دیواره و کف صلب را مشخص نمود. برای مقاصد عملی استفاده از یک روش ساده که با تقریب مناسب رفتار سیال درون مخزن را مدل میکند و نیازمند مدل پیچیده کامپیوتری نباشد اجتنابناپذیر است.
اولین مدل مکانیکی توسط هاوزنر[2] برای مخازن زمینی با جداره صلب پیشنهاد شد که با وجود برخی فرضیات ساده کننده هنوز مورد تأیید آییننامههای طراحی مخازن میباشد. هاوزنر[2] با توجه به نتایج جاکوبسن[1] به این نتیجه رسید که با اعمال بار لرزهای روی مخزن، مایع درون آن به دو قسمت متفاوت تبدیل شده که قسمتی که به صورت صلب به مخزن متصل شده است جرم سخت یا ضربهای سیال و قسمت بالایی که میتواند داخل مخزن نوسان کند جرم نرم یا مواج سیال می-باشد.
اندیشه بهبود بخشیدن به خصوصیات مقاومتی خاک، با افزودن عناصر مقاوم به آن به منظور بکارگیری گستردهتر آن به عنوان مصالح اصلی احداث بناهای گوناگون سابقهای چند هزار ساله دارد. امروزه یکی از روشهای متداول و مرسوم بهسازی خاک استفاده از خاک های مسلح برای افزایش ظرفیت باربری پی های سطحی است. خاک مسلح عبارت است از مسلح کردن خاک به وسیله عناصر کششی نظیر ژئوگریدها. مکانیزمهای تسلیح خاک مسلح توسط شارما و همکاران [3] به سه صورت بیان شده است:
مرز صلب: وقتی که عمق اولین لایه مسلح کنندهها - u - از مقدار مشخصی بیشتر باشد، مسلح کننده ها به عنوان مرز صلب عمل کرده و گسیختگی در بالای لایه مسلح کننده شکل میگیرد. بینکویت و لی [4] اولین کسانی بودند که این نوع مکانیزم گسیختگی را گزارش کردند. اثر غشایی: با اعمال بار، پی و خاک زیر پی به سمت پائین حرکت کرده و به همین دلیل مسلح کننده ها تغییر شکل یافته و به کشش میافتند. با توجه به سختی مسلح کنندهها، مسلح کنندههای تغییر شکل یافته برای تحمل بار وارده نیرویی به سمت بالا وارد میکند.
میزان مشخصی نشست برای بسیج اثر غشائی در مسلح کننده تحت کشش لازم است و مسلح کننده ها باید از طول و سختی کافی برخوردار باشند تا از گسیختگی کششی یا بیرون کشیدگی جلوگیری شود. بینکویت و لی [4] اولین کسانی بودند که این این مکانیزم را در پیهای نواری روی ماسه مسلح استفاده کردند.
کومار و ساران[5] نیز این روش را برای پیهای مستطیلی روی ماسه مسلح استفاده کردند. اثر دورگرفتگی یا اثر تکیهگاه جانبی: بهواسطه تغییر مکان نسبی بین خاک و مسلح کننده، نیروی اصطکاکی بین خاک و مسلح کنندهها ایجاد میشود.
بنابراین، با توجه به برهمکنش بین خاک و ژئوگرید، قفل و بست بین آنها بیشتر میشود. در نتیجه تغییر مکان جانبی و کرنش کششی احتمالی در خاک مسلح مهار میشود. در نتیجه تغییر مکان قائم کاهش مییابد. از آنجایی که رفتار اکثر خاکها وابسته به تنش است، قید جانبی سبب افزایش مدول و مقاومت فشاری خاک، و در نتیجه افزایش ظرفیت باربری پی در خاک مسلح میشود.
ونگ و تاتسوکا [6] این مکانیزم را با استفاده از مسلح کننده کوتاه به طول - L - برابر با عرض پی - B - برای تسلیح ماسه، با موفقیت اثبات کردند. در این مقاله ابتدا به بررسی رفتار مخازن بلند و پهن که در آنها از فنداسیون خاکی استفاده شده، پرداخته شده است و میزان بلند شدگی و نشست ناشی از شتاب نگاشتهای مختلف در این مخازن را در دو نوع خاک ماسه متراکم، ماسه با تراکم متوسط بررسی شده است و پارامترهای مسلح کننده از قبیل تعداد لایه های مناسب برای مسلح کردن خاک زیر شالوده بررسی می شود.
2. پارامترهای مدل سازی مخازن
هاوزنر [2] با توجه به توزیع فشار هیدرودینامیکی حاصل از هر مود، مدل مکانیکی سادهای برای مخازن صلب استوانهای و مستطیلی ارائه کرد که در آن سیال درون مخزن به دو سیستم جرم- فنر تبدیل میشود. در این سیستم جرم مرتعش به صورت صلب به دیواره مخزن متصل بوده و معرف ارتعاشات مایع در مود ضربهای بوده و شتاب آن با شتاب دیواره مخزن برابر است و جرم با استفاده از قیودی که سختی آن براساس دوره تناوب اولین مود مواج مایع به دست میآید به دیواره مخزن متصل گردیده است. به دست آوردن مدل مکانیکی با فرض صلب بودن مخازن تنها توانست تا زلزله 1964 آلاسکا اعتبار خود را حفظ کند و بعد از آن با مشاهده اثر انعطافپذیری در پاسخ دینامیکی مخازن، مطالعات بر روی این پدیده به سرعت گسترش پیدا کرد. ازجمله این افراد میتوان به ادوارد و یانگ اشاره کرد.
در همین راستا ویلتسوس و یانگ در سال [8] یک راه حل تحلیلی و فرمولبندی شده را برای طراحی مخازن استوانهای انعطافپذیر ارائه کردند که در آنها تنها اثر مود اول در نظر گرفته شده بود و تا اواخر دهه 80 میلادی تصور بر این بود که تنها مود دایروی اول در رفتار ارتعاشی مخزن اهمیت دارد و از اثر مودهای بالاتر صرف نظر میشود ولی آزمایشات آزمایشگاهی نشان داد که مودهای بالاتر نیز حائز اهمیت میباشند و همزمان با این ایده استفاده از برنامههای کامپیوتری عددی که توانایی حل مسائل پیچیدهتر را ایجاد میکرد توسعه یافت.
به این ترتیب در سالهای 1981 و 1982 هارون و هاوزنر[9] با استفاده از روش المان محدود و حل مرزی و با برنامهنویسی رایانهای مدل جدیدی از سیستم مخزن- مایع ارائه کردند که در آن علاوه بر اثر مود اول، اثر مودهای بالاتر نیز دیده میشود. در سال 2000 مالهوترا[10] با استفاده از نتایج هارون توانست مدل مکانیکی مخازن انعطافپذیر را با استفاده از دو جرم نشان دهد، این مدل در شکل 1 نشان داده شده استدر. چند سال اخیر معمولاً برای تحلیل لرزهای مخازن از این روش استفاده میشود.
شکل مدل مکانیکی مالهوترا برای مخازن انعطاف پذیر[10]
مالهوترا[10] نشان داد که جرم سخت یا ضربهای مخزن - impulsive - تأثیر بسزایی در لنگر واژگونی و برش پایه دارد و همچنین نشان داد در صورت در نظر گرفتن اثرات انعطافپذیری ممکن است که جرم نوسانی شتابی بالاتر از شتاب ماکزیمم را تجربه میکند بنابراین فرض صلب گرفتن مخزن همیشه نمیتواند محافظهکارانه باشد. در این مقاله روش فوق مورد استفاده قرار گرفته است.
چانگ[11] روش حلی را برای حرکت مایع درون مخازن که در آن اثرات انعطافپذیری سازه و تکانهای افقی دیده شده بود را ارائه داد. معادلاتی که به دست آمدند در حوزه وابسته به فرکانس بودند. در این مدلسازی اندکنش بین خاک و سازه و سیال را در نظر گرفته شده بود، و برای مدلسازی بخش far field از المانهای نیمه بینهایت استفاده شد.
چانگ[11] نتیجه گرفت که در نظر گرفتن اثر اندرکنشی بین سازه و خاک در هنگامی که مخزنها بر روی خاکهای لایهای که در پایین به سنگ بستر ختم میشوند، میتواند در طراحی مقطع سازه اثر بهینه داشته باشد و مقرون به صرفه باشد.
تام لارکین [12] نشان داد که اثر میرایی برای تغییر مکانهای افقی مخزن بزرگتر از مخزن میباشد پس میتوان نتیجه گرفت که اندرکنش بین خاک و سازه مخصوص زمانی که خاک ما تا حدودی مقاومت خوبی داشته باشد میتواند باعث کاهش بارهای لرزهای به سازه شود. شتابهایی که میتواند باعث دو مد خرابی - خرابی ناشی از لغزش و چرخشدر - مخزن شود تقریباً با هم یکسان هستند
3. مشخصات مصالح
مدل رفتاری در نظر گرفته شده در این تحقیق مدل دراگر-پراگر میباشد. در جدول 1 مشخصات مصالح ایزوتروپ مورد نیاز آورده شده است:
جدول -1 مشخصات مصالح
