بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تحلیل لرزه ای مخازن مستطیلی انعطاف پذیرمایع در حالت نیمه پر و پر تحت حرکت افقی زمین در زلزله مورد بررسی قرار می گردد. تأثیر اندرکنش سازه- مایع بر روی پاسخ دینامیکی مخازن نیمه پر با اثر انعطاف پذیری جداره مخازن ترکیب شده و در ارزیابی فشار ضربهای، مورد محاسبه قرار می گیرد. پتانسیل سرعت که در آن شرایط مرزی ارضاء شده است، بوسیله روشجداسازی متغیرها و با استفاده از اصل برهم نهی، حل شده است. طبق حل انجام شده، توزیع فشار ضربه ای محاسبه شده است. نتایجی که بر اساس مدل سازی سه بعدی مخازن مستطیلی حاصل می شود
با بکارگیری روش ریلی - ریتز با استفاده از روشهای ارتعاشی صفحات انعطاف پذیر به همراه شرایط مرزی مناسب بدست می آیند. توابع مثلثاتی که شرایط مرزی مخازن ذخیره مایعات را ارضاء می کند، طوری مورد استفاده قرار می گیرند که انعطاف پذیری جداره مخازن کاملاً در نظر گرفته شده باشد. پس از آن تحلیل سازه در حوزه زمان انجام می شود. اثر انعطاف پذیری مخزن بر روی پاسخ هاینوسانی عموماً کم بوده و ممکن است از آن صرف نظر شود. بنابراین یک روند تحلیلی برای استنتاج فرمولی ساده که بتواند فشار نوسانی و جابجایی های سطح آزاد را در یک مخزن صلب مشابه محاسبه کند، ایجاد شده است. نتایج این پژوهش با نتایج مطالعات منتشر شده قبلی مقایسه میشوند.
لغات کلیدی : مخزن مستطیلی، تحلیل دینامیکی، اندرکنش مایع- سازه، ریلی - ریتز
-1 مقدمه
مخازن ذخیره مایعات از جمله سازههای مهم وحیاتی در جوامع امروزی میباشند. آنها همچنین نقش مهمی در امور امداد رسانی پس از زلزله ایفا میکنند. طبق مشاهدات حاصله از زلزله های قبلی ، نتیجه گیری می شود که مخازن ذخیره مایعات در هنگام زلزله می توانند تحت فشار هیدرودینامیکی زیادی قرار گیرند.نتیجتاً فشار زیاد می تواند باعث شکست خمشی در مخازن فولادی گردد. در مخازن بتنی، بدلیل چگالی جرمی بالای بتن، تنش می تواند زیاد شده و بدنبال آن ترک خوردگی، نشت یا حتی فرو ریختن سازه پیش آید. این صدمات و فروریزی مخازن ذخیره مایعات در زمین لرزه های گذشته توجه بسیاری از مهندسان و محققان را به خود جلب کرده تا به منظور بهبود رفتار این سازه های مهم مطالعاتی انجام دهند.
تعدادی روش عددی و تحلیلی وجود دارد که برای تحلیل دینامیکی مخازن مستطیلی بتنی ذخیره مایعات بکار گرفته شده اند. هسکینس و جاکبسن[1] اولین گزارش را در مورد مشاهدات آزمایشگاهی و تحلیلی مخازن مستطیلی صلب، تحت تحریک ناشی از یک زلزله افقی شبیه سازی شده، ارائه کردند. هاوسنر2]و[3 استفاده عمومی از روش تحلیل برای ارزیابی پاسخ دینامیکی یک مخزن صلب مستطیلی را گسترش داد. او یک لایه نازک به ضخامت واحد از مایع را در نظر گرفت و اجازه داد تا جداره ها یک شتاب افقی بخود بگیرند. او فرض کرد مایع بوسیله غشاءهای نازک، بدون جرم و عمودی مقید شده است و آزادانه در جهت محور X حرکت می کند. در این مدل ، فشار هیدرودینامیکی ایجاد شده توسط ارتعاشات لرزهای به دو مؤلفه فشار ضربهای ناشی از جرم شتاب دار سیال مخزن و فشار نوسانی ناشی از پدیده امواج متلاطم سطحی، با استفاده از تقریب جرم متمرکز، تقسیم میشود. این مدل با برخی اصلاحات در اکثر استانداردها و آییننامههای رایج پذیرفته شده است.
در سال 1964، با وقوع زمین لرزه شدید آلاسکا اولین صدمات در مقیاسی بزرگ به مخازن با طراحی مدرن وارد آمد و همچنین باعث شد تا تحقیقات زیادی در مورد خصوصیات دینامیکی مخازن انعطاف پذیر آغاز شود. علاوه بر آن، ارزیابی بوسیله کامپیوتر و تکنیکهای مختلف عددی توانایی حل را به طور قابل توجهی بالا برد. چندین پژوهش جهت بررسیاندرکنش دینامیکی میان دیوار انعطاف پذیر و مایع در مخازن انجام شد ونشان داد که ممکن است پاسخ دینامیکی مخازن انعطاف پذیر،اساساً بزرگتر از مخازن صلب مشابه مشابه باشد. هارون[4] بررسیهای تئوریک و آزمایشگاهی زیادی روی رفتار دینامیکی مخازن ذخیره مایع انجام داده است. او یک روش با جزئیات کامل از تحلیل نوعی سیستم بارگذاری برای مخازن مستطیلی ارائه داد.
فشارهای هیدرودینامیکی با تعیین پتانسیل سرعت از روش کلاسیک محاسبه شده است. در این مطالعه ، در فرمول فشارهای هیدرودینامیک تنها شرایط دیوار صلب در نظر گرفته شده است. این شاید به خاطر این حقیقت باشد که معمولاً مخازن مستطیلی ذخیره مایعات از بتن مسلح و پیش تنیده ساخته میشوند و ممکن است از نظر دینامیکی کاملاً صلب در نظر گرفته شوند. با این وجود، مخازن بتن مسلح یا پیش تنیدهای وجود دارند که برای آنها قابلیت انعطاف پذیری جدارههای مخزن باید در تحلیل پاسخ دینامیکی یشان در نظر گرفته شود. از جمله می توان به سازههای استخرهای بزرگ بتن مسلح که برای ذخیره سازی خوشههای پسماند سوخت هستهای مورد استفاده قرار می گیرند یا مخازن آب که با بتن پیش تنیده ساخته میشوند، اشاره کرد.[5]
برخی روشهای عددی که انعطاف پذیری جداره مخزن را در نظر گرفتهاند برای تحلیل دینامیکی مخازن مستطیلی ذخیره مایعات مورد استفاده قرار گرفته شدهاند. دوگنگون و لیواگلو[6] پاسخ لرزهای مخازن مستطیلی پر از مایع را با استفاده از روشهای تحلیلی و همچنین روش اجزاء محدود، توسط برنامه عمومی کامپیوتری تحلیل سازه SAPIV، بررسی کردند. آنها کارایی روش لاگرانژین سه بعدی در طراحی لرزهای مخازن و همینطور اثرات انعطاف پذیری جداره مخزن را روی رفتار دینامیکی مخازن مورد بررسی قرار دادند. پارک و همکارانش[7] و کوه و همکارانش[8] پاسخ لرزهای مخازن مستطیلی با چهار دیوار انعطاف پذیر را با استفاده از یک روش مزدوج اجزاء محدود- اجزاء مرزی سه بعدی مورد مطالعه قرار دادند.
قائم مقامی و کیانوش[9] از اجزاء محدود در فضای دو بعدی برای بررسی رفتار دینامیکی مخازن مستطیلی بتنی استفاده کرده-اند. آنها برای حل معادلات مزدوج مایع- سازه از روش انتگرال گیری مستقیم استفاده کردند. بعلاوه چند روش تحلیل وجود دارد که برای تحلیل دینامیکی مخازن مستطیلی ذخیره مایعات مورد استفاده قرار گرفته اند. کیم و همکارانش[10] رفتار دینامیکی مخازن سه بعدی مستطیلی انعطاف پذیر ذخیره مایعات را با استفاده از روش ریلی ریتز مورد مطالعه قرار دادند. در این مطالعه، تنها یک جفت از دیوارهای قائم مخزن که در جهت زمین لرزه اعمالی قرار دارند، انعطاف پذیر فرض شده است، حال آنکه دیگر دیوارههای مخزن صلب فرض شدهاند. چن و کیانوش[11] با استفاده از سیستم تعمیم یافته یک درجه آزادی، روش ساده شدهای را به منظور مطالعه پاسخ دینامیکی مخازن ذخیره مایعات پیشنهاد کردند. توابع شکلی از پیش تعیین شده برای تقریب زدن ارتعاش سیستم حاوی سیال، که در آن تنها یک درجه آزادی در تحلیل دینامیکی وجود دارد مورد استفاده قرار گرفته شده است. توابع شکل ارتعاشی تعیین شده که پنج شکل مود نخست آن را برای شرایط مرزی تیرطره نشان می دهد مورد مطالعه قرار می گیرند.
بنابراین در روشهای تحلیلی که جهت تحلیل دینامیکی مخازن مستطیلی ذخیره مایعات بکار برده شده اند نه تنها اثر تلاطم امواج سطح آزاد آب بطور مناسب مورد بررسی قرار نگرفته است و بلکه اثر انعطاف پذیری جداره مخازن همکاملاً در نظر گرفته نشده است. در این مقاله یک روش تحلیل جهت بررسی پاسخ دینامیکی مخازن مستطیلی انعطاف پذیر سه بعدی ذخیره مایعات، با چهار دیوار انعطاف پذیر، تحت ارتعاشات افقی زمین لرزه، ارائه گردیده است. اثر متقابل بین مودهای ارتعاشی حاصل از تلاطم سطح آزاد مایع و ارتعاش جداره های مخزن ضعیف می باشد در نتیجه جهت تحلیل مناسب آن می توان دو سیستم را بصورت مستقل مورد بررسی قرار داد8]و[10، که شامل سیستم جداره- مایع و
