بخشی از مقاله
خلاصه
برجهای خنک کننده یکی از اجزای مهم نیروگاههای حرارتی میباشند که وظیفهی خنک کردن آب در گردش را در این نیروگاهها به عهده دارند. نظر به اینکه در آئیننامهها، سازههای نیروگاهی جزء بناهای ضروری و با اهمیت زیاد شمرده میشوند که پس از وقوع زلزله باید قابل استفاده بوده و ایجاد وقفه در بهرهبرداری از آنها موجب افزایش تلفات و خسارات در نواحی زلزله زده میشود، لذا بررسی رفتار آنها در برابر زلزله دارای اهمیت میباشد.
در این مقاله سعی گردیده که با انجام تحلیل دینامیکی فزایندهی غیرخطی - IDA - 4 روی سازه، با استفاده از نرمافزار اجزای محدودOpenSees 5 و تحت رکوردهای افقی شتاب زلزلهی طبس، تأثیر زلزله روی سازهی مورد نظر مورد تحقیق قرار گیرد. برای این منظور جابهجائی یک گره در بالاترین نقطهی برج به عنوان خروجی بدست آمده از تحلیلها مورد بررسی قرار گرفته است و نهایتاً نتایج نشان میدهند که زلزله میتواند تأثیر مخربی روی سازه داشته باشد، بنابراین تحقیق و بررسی اثر زلزله روی این نوع سازهها ضروری به نظر میرسد.
.1 مقدمه
برجهای خنککننده از اجزای مهم و تأثیرگذار در نیروگاههای حرارتی تولید برق هستند و حدود صد سال از ساخت اینگونه سازهها میگذرد. مهندسان انواع مختلفی از جنس و شکل را برای اینگونه سازهها تجربه کردهاند. در سالهای اخیر و با توجه به محاسبات ریاضی، شکل هذلولوی برای آنها در نظر گرفته شده است و نوع فلزی آن به علت سهولت اجرا، قابلیت بازیافت مصالح ودلایل متعدد دیگر اخیراً مورد توجه قرار گرفته است.
در طراحی این سازهها بار باد به علت بحرانیتر بودن تا کنون بیشتر مورد توجه قرار گرفته است، اما امروزه با افزایش ارتفاع این سازهها، بررسی بار زلزله نیز از اهمیت ویژهای برخوردار شده است. در این تحقیق برای نیل به این منظور، به کمک نرمافزارهای [1] Formian و [2] Sap 2000، سازهی مورد مطالعه که یک برج خنککنندهی فلزی ساخته شده از سازهی فضاکار میباشد، مدلسازی شده و طراحی اولیه برای بدست آوردن مقاطع اعضاء انجام گردیده است، سپس با استفاده از نرمافزار اِلمان محدود [3] OpenSees، سازه تحت تحلیلهای دینامیکی غیرخطی قرار گرفته و جابهجائی یک گره در بالاترین نقطهی برج و در جهت X به عنوان خروجی تحلیلها بدست آمده و نتایج مورد بررسی قرار گرفتهاند.
.2 توصیف مدل
در این تحقیق یک برج خنککنندهی فلزی هذلولوی شکل، با ارتفاع 50 متر از سطح زمین، ارتفاع گلوی برج 42 متر از سطح زمین، شعاع گلوی برج 12 متر، شعاع قسمت تحتانی برج 20 متر، نقاط تکیهگاهی برج - اتصال به زمین - 24 نقطه و مطابق با شکل 1 در نظر گرفته شده است.
شکل .1 هندسهی برج خنککنندهی ساخته شده از سازهی فضاکار
.3 مدلسازی و تحلیل و طراحی اولیهی سازه
الف- مدل اولیه: مدل اولیه برج خنک کنندهی مورد مطالعه با استفاده از نرمافزار Formian نسخه 2/2 ترسیم و سپس به نرمافزار Sap 2000 نسخه 16 انتقال یافته و جهت بدست آورن مقاطع اعضای سازه، تحلیل و طراحی اولیه با استفاده از نرم افزار Sap 2000 روی سازه انجام گرفته است، این سازه دارای 2592 عضو و 888 گره میباشد، سپس مدل با مقاطع بدستآمده همراه با جزئیات کامل در نرم- افزارOpenSees نسخه 2/4/0 بازسازی شده و تحلیلهای دینامیکی غیرخطی روی سازه انجام گرفته است.
ب- بارگذاری برج: بارگذاری برج خنککننده مطابق با آییننامهی VGB آلمان[4] و مبحث ششم مقررات ملی ساختمان[5] صورت گرفته است. بارهایی که در تحلیل و طراحی این سازهها در نظر گرفته شده، بارهای مرده شامل وزن اعضا و پوشش و تجهیزات جانبی و برف و یخ انباشته شده روی پوشش برج و همچنین بار باد میباشد. با توجه به اینکه در نگاه اول اثر بارهای باد روی این سازهها به دلیل ارتفاع زیادشان بیشتر از بارهای ناشی از زلزله میباشد، بر این اساس در تحلیل و طراحی اولیه و به منظور به دست آوردن مقاطع اعضاء برای تحلیلهای نهائی، روی سازه بارگذاری باد مطابق با آئین نامهی VGB آلمان انجام پذیرفته است.
ج-شرایط تکیهگاهی و اتصالات گرهی: شرایط تکیهگاهی که در مورد سازه در نظر گرفته شده همگی بهصورت صلب با 24 نقطهی تکیهگاهی بر روی زمین بوده و با توجه به تک لایه بودن سازهی فضاکار در این سازه، تمامی اتصالات گرهی در مدلهای مورد بررسی به صورت کاملاً صُلب لحاظ گردیده است.
د-تحلیل و طراحی: تحلیل و طراحی اولیهی سازه جهت استخراج نیروها و مقاطع در نرم افزار Sap 2000 انجام گرفته و در نهایت توسط نرم افزار اِلمان محدودِ OpenSees ، روی مدل تحلیل دینامیکی فزایندهی غیرخطی - IDA - انجام گرفته است.
.4 ویژگیهای مصالح و مقاطع
ویژگیهای مصالح و مقاطع بکار رفته در تحلیل مطابق جداول 1 و 2 میباشند، مصالح فولاد به صورتاِلاستو پلاستیک در نظر گرفته شده و پارامتر b در جدولنسبت1سخت شوندگی کرنشی یا نسبت مُدول اِلاستیسیته پس از تسلیم به مُدول اِلاستیسیتهی اولیه میباشد.
جدول .1 مشخصات مصالح فولاد
جدول 2مشخصات. مقاطع اِلمانهای بکار رفته - بر اساس جدول اِشتال -
5. مشخصات رِکوردهای بکار رفته در تحلیلهای دینامیکیِ سازه:
تعداد دورِکورد، مربوط به مؤلفههای افقی زلزلهی طبس[6] با مشخصات جدول 3 در نظر گرفته شده که در تحلیلهای دینامیکی انجام شده به سازه اِعمال گردیده است.
جدول : 3 مشخصات رکوردهای افقی شتاب، مربوط به زلزلهی طبس
.6 تحلیل دینامیکی فزایندهی غیرخطی : - IDA -
تحلیل دینامیکی فزاینده، شامل تعداد زیادی تحلیل دینامیکی غیرخطی، تحت اثر شتابنگاشتهای زلزله است و این شتابنگاشتها به گونهای مقیاس میگردند که بتوانند محدودهی رفتار خطی و غیرخطی سازه را تحت پوشش قرار دهند. هدف اصلی این روش بدست آوردن پاسخهای سازه برای مقادیر مختلف شدت زلزله میباشد. این روش تحلیل، شامل اثردادن یک یا چند رکورد زمینلرزه، که هر یک از این رکوردها تا رسیدن به یک شدت خاص از زمین لرزه مقیاس شدهاند، بر روی سازه میباشد.
این روش در مقایسه با سایر روشها دقت بسیار بالایی دارد که البته دقت این روش به صحت مدلسازی - تعریف مصالح، اِلمان مورد استفاده و... - وابسته است. این روشِ تحلیل در مقایسه با سایر تحلیلها بسیار وقتگیرتر است. در این روشِ تحلیل، شتابنگاشت نُرمالایز شده به PGA را در ضرایبی ضرب میکنیم 0/1 - ، 0/2، 0/3 و... - . سپس سازه را تحت اثر هر یک از این شتابنگاشتها با 0/1g - PGA،0/2 g،0/3 g و... - تحلیل کرده و پاسخهای مورد نظر را به اِزای مقادیر مختلف PGA بدست میآوریم.
