بخشی از مقاله
چکیده
مخازن بتنی یکی از سازههای مهم در نگهداری سیالات به منظور ذخیره سازی و استفاده در شبکههای انتقال میباشند. این مخازن مستطیلی معمولا دارای اشکال ثابتی در پلان و ارتفاع بوده و با توجه به میزان دبی ورودی، شرایط زمین ساختگاه، نوع بار استاتیکی و دینامیکی طراحی و محاسبه میگردد. در این تحقیق ابتدا جهت استقرار دو نوع سیال مختلف با نامهای آب و فسفات بارهای هیدرواستاتیکی محاسبه گردیده و سپس برای مخزن 250 مترمکعبی با ابعاد و ارتفاعهای متفاوت تنشها و لنگرهای وارده به کمک مدل ریاضی محاسبه گردیده است.
در مرحله بعد بر پایه تحلیل مخزن الگوریتمی محاسبه گردیده تا بر اساس آن ضخامت بهینه مخازن با توجه به لنگرهای وارده محاسبه و در نهایت وزن میلگرد مصرفی محاسبه گردد. الگوریتم و نمودارهای مقایسه ای مخازن نشان می دهد با استفاده از لنگر خمشی ضمن تعیین و طراحی ضخامت اعضای سازه جهت مقاومت در برابر نیروهای برشی وارده میتوان مقادیر میلگرد مورد نیاز را در اعضا به همراه مقادیر اضافی در نقاط تمرکز تنش محاسبه نمود.
با توجه به نتایج به دست آمده میتوان گفت که با افزایش ارتفاع سازه مخازن، میلگرد مورد نیاز و حجم بتن مصرفی در دیوار طولی و عرضی آنها افزایش مییابد. بررسی روند تغییر شکلها و رفتار ارتعاشی مخازن ذخیره سیال نشان میدهد که در مخازن با ارتفاع کمتر مودهای اول و دوم نوسان بیشترین تغییر را ناشی میشود.
-1 مقدمه
مخازن مدفون سیال کاربرد گستردهای در ذخیره آب شرب و آتش نشانی، فاضلاب، نفت، مواد شیمیایی سمی و سایر مایعات مشابه دارند. بنابراین با توجه به نوع کاربری آنها، این مخازن بطور معمول در رده سازههای با اهمیت خیلی زیاد قرار دارند. در نتیجه طراحی آنها در برابر بارهای لرزهای و عملکرد مناسب آنها در هنگام زلزله از اهمیت فراوانی برخوردار میباشد.
شکست سازهای مخازن پس از وقوع زلزله، علاوه بر زیان اقتصادی ممکن است قطع آب، آتشسوزیهای کنترل نشده، اتلاف و نشت مواد شیمیایی سمی یا آلودهکننده محیطزیست را به همراه داشته باشد، که گاهی خسارتهایی بیش از خود زلزله را باعث میشوند. با توجه به موقعیت لرزهخیری کشورمان بررسی رفتار این مخازن در برابر بارهای لرزهای از اهمیت بسزایی برخوردار است.
اگرچه مطالعات گستردهای در گذشته بر روی مخازن صورت گرفته، اما اغلب در مورد مخازن دایرهای، بخصوص مخازن فولادی بحث شده و توجه کمی به پاسخ دینامیکی بر روی مخازن بتنی مستطیلی شده است. برای بررسی رفتار دینامیکی مخازن موارد اساسی متعددی را باید در نظر گرفت که از آن جمله میتوان به اندرکنش بین سیال و سازه تحت بار زلزله اشاره نمود.
از عوامل تعیین کننده در تحلیل و بررسی رفتار سازههای مدفون متشکل از دالها و دیوارها، میتوان از موقعیت جغرافیایی سازه، شرایط سیالها، ضریب رفتار سازه، شرایط منظمی و نا منظمی سازه نام برد، که ممکن است سازه تحت تاثیر آنها نتایج تحلیل متفاوتی داشته باشد. در طول تحقیق فرضیات اولیه یکسانی برای بررسی چندین سازه با پلان مشابه و شرایط سیال متفاوت - شامل 2 نوع سیال مختلف - و شرایط ارتفاعی مختلف با ارتفاع های 3/5، 4/5، 6 و 7 متری در نظر گرفته می شود و نتایج حاصل شده مقایسه میگردد.
در این تحقیق با تحلیل رفتارهای استاتیکی و دینامیکی سازههای مدفون تحت شرایط مختلف سیالها و با افزایش ارتفاع سازهها، اندرکنش های دیوارهها و سیال را مورد بررسی قرار داده تا با تحلیل نتایج، شرایط بهینه ارتفاعی این سازهها، مد های نوسانی غالب این سازهها، شرایط استهلاک انرژی بر حسب نیرو و تغییر مکان محاسبه و تحلیل گردیده، و در نهایت ارتفاعی بهینه برای این سازهها محاسبه و در صورت افزایش مقدار سیال شرایط بهینه برای این سازهها مورد بررسی قرار گیرد.
-2 مطالعات انجام شده بر روی مخازن
تاریخچه ساخت مخازن بتنی مدفون در خاک به سال 1914 برمیگردد که اولین بار در توکیو ساخته شد .1 - - بعداً در خلال جنگ جهانی دوم برای ذخیرهسازی سوخت کشتیها اینگونه مخازن احداث شد. اما در مورد مطالعه رفتار دینامیکی مخازن، یاکوبسن1 جزو اولین محققانی بود که مطالعاتی را بر روی رفتار دینامیکی مخازن آب انجام داد بعد از آن هاوزنر 2 در سال 1957 روش تقریبی را برای محاسبه توزیع فشار و ارتفاع امواج سطحی مایع در مخازن استوانهای و مستطیلی تحت اثر نوسان افقی تکیهگاه ارائه نمود
هارون3 این مطالعات را برای مخازن انعطافپذیر گسترش داد . - 3 - او در ادامه در سال 1992 مدلی تجربی برای مخازن مستقر بر روی خاک را برای در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و مخزن ارائه نمود. در سال 1960 لایزمر4 استفاده از مرزهای جاذب ویسکوز را در اطراف محیط محدود برای مدل کردن محیط نیم بینهایت مطرح نمود. اما مشکل عمومی این مرزهای پیشنهادی محدود بودن کاربرد آنها برای تحلیل در حوزه فرکانسی بود. در ایران نیز تحقیقاتی در زمینه رفتار دینامیکی مخازن مدفون انجام شده است، آقای خواجه احمد عطاری در زمینه اثر عمق دفنشدگی در رفتار لرزهای مخازن مدفون مطالعاتی را انجام دادهاند و آقای خداوردی رفتار دینامیکی مخازن مدفون را در انواع مختلفی از خاک بررسی کردهاند
در این تحقیق 4 سازه با شرایط ارتفاعی مختلف و پلانهای متفاوت - شکل های 1 تا - 4 تحت اثر سیالات آب و فسفات مورد مطالعه قرار گرفته است - جدول شماره . - 1 اثر نوع سیال بر نیروها و تنشهای وارده بر جداره مخزن بررسی شده است. نتایج تحلیل نشاندهنده وجود اختلاف در رفتار لرزهای مخزن برای سیالات مختلف تحت رکورد زلزلههای مختلف میباشد که از این نتایج میتوان در رفتارسنجی طراحی مخازن برای سیالات مختلف استفاده کرد.
جدول :1 مشخصات مخازن مورد بررسی
-3 بررسی اندر کنش آب و سازه در مخازن مدفون
معادله حاکم بر رفتار آب که از ترکیب دو قانون بقای جرم و حرکت بدست میآید، برای یک سیال غیرلزج، تراکمناپذیر و غیرچرخشی بصورت زیر میباشد.
در این رابطه تابع پتانسیل سرعت میباشد. با داشتن شرایط مرزی میتوان فشار هیدرودینامیکی وارد بر مخزن را تعیین نمود. بطور خلاصه سه شرط مرزی بصورت زیر مدنظر قرار میگیرد.
فشار در سطح آزاد
سرعت در کف مخزن
سرعت در دیواره مخزن در مرز سیال، سازه
همانطور که مشاهده میشود برای تعیین سومین شرط مرزی نیاز به تعیین سرعت حرکت دیواره در مرز سیال و سازه میباشد و مقدار سرعت نیز از حل معادله حاکم بر سازه که در رابطه زیر ارائه شده است تعیین میگردد.
