بخشی از مقاله
چکیده
امروزه کاربرد سازه های بتن مسلح به منظور ذخیره آب و دیگر مایعات آبی گسترش فراوانییافته است. همچنین طراحی، ساخت و نگهداری مخازنی که برای ذخیره سازی آب مورد استفاده قرار می گیرد با توجه به رشد فزاینده جمعیت و توسعه شهرها، از اهمیت بسزایی برخوردار است. سرویس دهی مخازن هوایی بعد از زلزله به دلیل نیاز به تامین آب مورد نیاز برای آشامیدن و مهار آتش سوزی های ناشی از زلزله بایستی ادامه داشته باشد. در این تحقیق دو نوع مخزن هواییبتنی استوانه ای و مکعبی شکل ذخیره مایعات در حالات اتکاء بر شافت مرکزی و قاب مهاربندی خمشی - جمعا چهار نوع مخزن - بر اساس تغییرات مشخصات هندسی مخزن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. ضریب رفتار این مخازن با استفاده از روشهای تحلیل استاتیکی غیر خطی - پوش آور - و تاریخچه زمانی غیر خطی بررسی و محاسبه گردیده است.
فرمول بندی به کار برده شده بر اساس آیین نامه FEMA 274 می باشد. ابتدا نحوه تشکیل مفاصل پلاستیک ارائه شده و سپس با استفاده از دو روش مذکور، ضریب رفتار چهار نوع مخزن تحت اثر رکورد زلزله های سن فرناندو آمریکا، کوبه ژاپن و چی چی تایوان محاسبه و با یکدیگر مقایسه شدند. در مخازن هوایی مکعبی و استوانه ای متکی بر شافت مرکزی بیشترین جابجایی و حداکثر نیرو تحت اثر زلزله سن فرناندو به ترتیب برابر 43/66 و52/48 میلی متر و 208/07 و211/35 تن بدست آمدند. همچنین در مخازن هوایی مکعبی و استوانه ای متکی بر قاب خمشی، بیشترین مقادیر مذکور تحت اثر زلزله سن فرناندو به ترتیب برابر56/48 و 52/08 میلی متر و 201/75 و 289/21 تن تعیین شدند. بر اساس روش تحلیل پوش آور، ضریب رفتار محاسبه شده برای مخازن هوایی مکعبی و استوانه ای شکل متکی بر شافت مرکزی به ترتیب برابر 2/11 و 2/87 به دست آمد. بعلاوه، برای این دو نوع مخزن متکی بر قاب خمشی، ضریب رفتار به ترتیب به مقدار 1/92 و 2/41 محاسبه شد. در نهایت نتایج حاصله با مفاد آیین نامه 2800 ایران و نشریه 123 سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور مقایسه گردیدند.
کلمات کلیدی: ضریب رفتار، مخازن هوایی بتنی، روشهای تحلیل غیرخطی، شافت مرکزی، قاب خمشی، مفاصلپلاستیک، عملکرد لرزه ای.
.1 مقدمه
هر ساله در نقاط مختلف کشور برای پاسخگویی به نیازهای آبرسانی، مخازن زیادی ساخته می شود، لیکن به علت عدم پیروی از ضوابط و معیارهای طرح و محاسبه ی واحد و هماهنگ، طراحی و ساخت مخازن حتی با احجام و اشکال مشابه با اختلاف های نسبتا فاحشی همراه است و با وجودی که این تاسیسات از جمله تاسیسات زیر بنایی و مهم به شمار می آیند، اکثراً دارای نقاط ضعف قابل توجهی بوده و کارآمد نمی باشند. از سوی دیگر، مخازن هوایی جزو آن دسته از سازه های با اهمیت بالا می باشند که عملکرد آنها بعد از زلزله به دلیل تامین آب مورد نیاز آشامیدن و مهار آتش سوزی های ناشی از زلزله بایستی ادامه داشته باشد در این میان مخازن ذخیره مایعات با توجه به اینکه جزو سازه های با اهمیت زیاد می باشند بررسی عملکرد لرزه ای آنها حائز اهمیت است، به طوری که در آیین نامه 2800 ایران و نشریه 123 سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، ضریب اهمیت این گونه سازه ها برابر 1/4 و ضریب رفتار برابر 3 در نظر گرفته شده است. مخازن، یکی از اجزای مهم سامانه های آبرسانی می باشند که باید به گونه ای طراحی گردند تا علاوه بر جبران تغییرات تقاضای آب، کاهش نوسانات فشار آب در شبکه توزیع، ذخیره و فراهم نمودن آب مورد نیاز اطفای حریق و استمرار آبرسانی و توزیع آن در هنگام قطع برق و حوادث احتمالی، از آلودگی آب نیز جلوگیری نمایند.
.2 مبانی نظری و روشها
2،.1 مدل رفتاری بتن
برخلاف هسته مقاطع توپر که به واسطه نیروی محوری فشاری تحت تنش سه محوره قرار می گیرند، هسته مقاطع لوله ای پایه مخازن هوایی تحت تنش دو محوره قرار می گیرد. بنابراین برای مدل سازی منحنی رفتاری بتن محصور شده - بتن هسته - و بتن محصور نشده - بتن پوسته - مقطع لوله ای از مدل رفتاری ماندر1 به خاطر عمومیت آن برای محصور شدگی دو محوره استفاده شده است. بر اساس روابط توصیه شده ماندرمنحنی رفتاری برای بتن محصور شده و بتن محصور نشده محاسبه و در شکل1 نشان داده شده است .[1]
شکل -1 مدل رفتاری بتن [1]
.2,2 مدل رفتاری فولاد
برای فولاد از مدل رفتاری سخت شوندگی پارک2 استفاده شده است. با جایگذاری مشخصات رفتاری در رابطه پارک، رابطه سهموی شکل شماره 2 برای شاخه منحنی شکل نمودار رفتاری به دست آمده است .
در رابطه 1، کرنش فولاد و تنش مورد انتظار فولاد است. منحنی های لنگر- انحنا M- دو خطی شده ی شکل 3 به منحنی لنگر-دوران M- تبدیل شده و در برنامه SAP2000 از آنها استفاده شده است.این تبدیل بر اساس رابطه = انجام شده و طول مفصل پلاستیک یعنی ، برای مقاطع بتنی مربع و مستطیل به طور تقریبی برابر نصف ارتفاع مقطع - =0.5 - در نظر گرفته می شود. برای مقاطع لوله ای این طول برابر =0.2 فرض شده است .[2,1]
شکل-2 منحنی رفتاری فولاد [1]
شکل -3 منحنی لنگر انحناء [1]
2،.3 روش تعیین ضریب رفتار سازه
بررسی پارامترهای موجود در رفتار غیرخطی و شکلپذیری دارای اهمیت زیادی است. این مباحث تحت عنوان ضریب اصلاح پاسخ مطرح میشوند. پارامترهای موثر بر ضریب رفتار سازه و شیوه تعیین آنها به شرح زیر است.
2،3،.1 سختی و مقاومت
در مهندسی زلزله، مقاومت یک پارامتر اساسی است. افزایش مقاومت شکلپذیری را کاهش می دهد. در تحلیل سازه به منظور طراحی بر اساس عملکرد، تاکید اصلی بر تعیین تغییر شکلهای نیاز است، زیرا این اطمینان وجود دارد که سازه وارد محدوده غیرخطی میشود و در نتیجه نیروی بیشینه با مقاومت سازه برابر است. مقاومت تسلیم، بیشترین سطح باری است که هر دیوار، صرفنظر از مودهای گسیختگی، میتواند تحمل کند. سختی برشی الاستیک اولیه، بر اساس ASTM E212 با قطع دادن یک خط با نمودار پاسخ سیستم، از نقطه سطح بار صفر به نقطه مربوط به سطح باری معادل با 40 درصد حداکثر سطح بار S0.4 بدست میآید. شکل 4 ملاحظه شود .[3]
