بخشی از مقاله
خلاصه
مخازن ذخیره آب به دلیل نقش حیاتی در تامین آب، از جمله سازه های با اهمیت بالا به حساب میآیند. این سازه ها بعد از زلزله باید سرویس دهی خود را به نحوی مطلوب ادامه دهند . بنابراین نیاز است تا رفتار نسبتا دقیقی از این نوع سازه در زمان زلزله در دست باشد و میزان پایداری و دیگر نیازهای لرزه ای مخازن مورد مطالعه قرار گیرند. روش استاتیکی خطی و معادل رایج ترین روش تحلیل مخازن آب به حساب میآید. در این روش، برای در نظر گرفتن تاثیر مایع داخل مخزن، تنها به اعمال بارهای ناشی از زلزله، موج مایع و در نظر گرفتن رفتار خطی مایع و مخزن اکتفا میشود.
در صورتی که تجربه نشان داده است که اکثر سازه ها در هنگام وقوع زلزله رفتار غیرخطی دارند. به همین منظور، برای در نظر گرفتن رفتار غیرخطی مخازن، انجام تحلیل های غیرخطی به صورت استاتیکی و یا دینامیکی از اهمیت خاصی برخوردار است. در این نوع تحلیل ها، مدلسازی مایع داخل مخزن یکی از مهم ترین نکاتی است که باید در نظر گرفته شود. به همین منظور، در این تحقیق با انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی، نمودار نیرو-تغییرمکان برای مخازن با مشخصات متفاوت رسم و با استفاده از آن ضریب رفتار این مخازن محاسبه گردید. اثر ارتفاع مخزن، طول مخزن و سقف بر مقدار ضریب رفتار مورد بررسی قرار گرفت. ضریب رفتار محاسبه شده برای مخازن مورد بررسی به طور میانگین بین 2/5 تا 3 بدست آمد، این در حالی است که ضریب رفتار پشنهاد شده در نشریه 123 برایمخازن زمینی3 است که تطابق خوبی با نتایج بدست آمده دارد. به دلیل پیچیدگی تحلیل استاتیکی غیرخطی میتوان با در نظر گرفتن ضریب رفتار در تحلیل استاتیکی خطی، رفتار غیرخطی را لحاظ نمود.
واژگان کلیدی: تحلیل استاتیکی غیرخطی، ضریب رفتار، اندرکنش آب- سازه، المان محدود
.1 مقدمه
مخازن معمولا به شکل استوانه اییا مستطیلی ساخته میشوند. مخازن استوانه ای به دلیل سهولت طراحی و خاصیت تقارن مرکزی، بیشتر مورد توجه محققان و طراحان بوده اند. در حالی که اکثر مخازن، خصوصا مخازن زمینی، به دلیل اقتصادی بودن و سهولت در ساخت، به شکل مستطیلی میباشند. بنابراین تحقیقات بیشتر در زمینه مخازن مستطیلی شکل ضروری به نظر میرسد.[ 1] به طور کلی روش رایج برای طراحی مخازن آب زمینی، روش استاتیکی معادل است. در این روش تنها به اعمال نیروی معادل برای در نظر گرفتن اثر هیدرودینامیکی سیال اکتفا میشود. همچنین در این روش خصوصیات مصالح به صورت خطی در نظر گرفته میشود در حالی که بر طبق مشاهدات سازه ها در هنگام وقوع زلزله های شدید، رفتار غیرخطی دارند. بنابراین در این تحقیق سعی بر آن است تا با انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی بر روی مخازن آب زمینی مستطیلی شکل، رفتار این سازه ها با دقت بیشتری مورد بررسی قرار گرفته و ضریب رفتار برای آن ها محاسبه گردد. انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی باعث کاهش هزینه ها در ساخت و مدلسازی دقیق تری از عملکرد مخازن طی وقوع زلزله شده و با در نظرگرفتن این نوع تحلیل به دلیل اعمال رفتار آب به صورت کامل، جواب ها با واقعیت انطباق بیشتری خواهد داشت. در ادامه چند نمونه از مطالعات انجام شده در این زمینه ارائه میگردد.
ویرلا2 و همکاران [2] در سال 2008، روش استاتیکی غیرخطی براساس طیف ظرفیت برای مخازن استوانه ای فولادی مهارشده و در نهایت مقایسه کمانش الاستیک اولیه و کمانش دینامیکی را مورد مطالعه قرار داده اند. توزیع فشار موجی بر اساس ویرلا وهمکاران [3] در سال 2005 ، مدل المان محدود و ترکیب جرم و فشار موجی در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت نمودار ظرفیت و نیاز برای3 مخزن با مشخصات هندسی مختلف بدست آمده و مقایسه نتایج با تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی انجام شده است. پاتل3و همکاران [4] در سال 2014، با انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی به بررسی تاثیر ظرفیت مخازن هوایی و زمان تناوب بر میزان ضریب کاهش - - R و همچنین مقایسه تغییرمکان هدف بدست آمده از تحلیل و تغییر مکان موجود درATC-40 پرداخته اند. در این مطالعه صحبتی از مدل المان محدود و در نظر گرفتن اندرکنش آب-سازه نشده است. کلانی ساروکلایی و نوائی نیا [5] در سال 1389، مخزن زمینی مکعبی و استوانه ای را با انجام تحلیل پوش اور با مدل سازی سیال داخل مخزن، در نظر گرفتن رفتار غیرخطی مصالح بتن و اندرکنش سازه-سیال با روش لاگرانژ- لاگرانژ مورد مطالعه قرار داده اند. در این مطالعه تغییرمکان ناشی از وزن، شکل مود ارتعاش سازه و در نهایت ضریب رفتار ناشی از شکل پذیری برای این نوع مخازن بدست آمده است. کلانی و نوائی نیا [6] در سال 1389، مشابه همین روش را برای محاسبه ضریب رفتار ناشی از شکل پذیری مخازن بتنی هوایی بکار گرفته اند.
.2 روش محاسبه ضریب رفتار
معروف و یانگ 4 رابطه 1 را برای محاسبه ضریب رفتار پیشنهاد کردند. در این رابطه Rμ ضریب رفتار ناشی از شکل پذیری و RS ضریب مقاومت افزون سازه میباشد.
ضریب رفتار ناشی از شکل پذیری سازه ها به ظرفیت شکل پذیری آنها بستگی دارد. در سیستم های سازه ای چند درجه آزادی میبایست از ظرفیت شکل پذیری کلی سازه ها برای محاسبه ضریب رفتار استفاده کرد.[7] بر اساس شکل1 مقدار ضریب رفتار ناشی از شکل پذیری - - Rμ برابر تقسیم e بر y است. همچنین روابط مختلفی توسط نیومارک-هال5
.3 مدلسازی و مشخصات مخازن مورد بررسی
به منظور انجام تحقیق، تعدادی مخزن با استفاده از نشریه 123 و ACI 350 طراحی شد - جدول. - 1 این مخازن در نرم افزار انسیس به صورت المان محدود و با استفاده از المان هایSolid65 و Fluid80 مدلسازی شدند. با استفاده از خاصیت کوپلینگ، اندرکنش آب-سازه نیز لحاظ گردید. در این جدول L طول مخزن، B عرض مخزن، H ارتفاع مخزن،Tu ضخامت دیواره مخزن،Tf ضخامت پی و E مدول الاستیسیته بتن است. ستون اول نیز نمایش اختصاری هر مخزن را نشان میدهد به این صورت که اعداد به ترتیب از چپ به راست، طول مخزن، عرض مخزن، ضخامت دیواره مخزن، ارتفاع مایع داخل مخزن و سقفدار بودن مخزن است.
