بخشی از مقاله
چکیده
انسان ها همواره در معرض بلایای طبیعی مانند سیل، طوفان، زلزله می باشد. در این میان زلزله به عنوان مهمترین عامل خرابی ممکن است مشکلات زیادی برای زندگی انسان از طریق آسیب زدن به خطوط انتقال نفت، گاز، آب و فاضلاب زیر زمینی به وجود آورد. بررسی زلزله های گذشته نشان می دهد که اصلیترین خرابیهای لرزهای در لولههای انتقال گاز و نفت در اثر جابجائیهای ماندگار زمین مانند جابجائی گسل اتفاق افتاده است.
خطوط لوله را به دلیل مسائل حفاظتی و تامین تکیه گاه مناسب و بالا بردن ضریب اطمینان عموما به صورت مدفون در نظر می گیرند و مانند سایر سازه ها بایستی در مقابل ترکیب انواع بارهای مختلف از قبیل فشارهای داخلی ناشی از سیال داخلی آن و بارهای خارجی و تنش های حرارتی نیروهای ناشی از زلزله و ...طراحی گردند.خطوط لوله برای انتقال فراورده های نفتی و گاز و اب و فاضلاب و...مناسب و ارزان قیمت و سریع و مطمئن است.
این خطوط لوله بالاجبار از سطح جغرافیایی وسیعی عبور کرده لذا از لحاظ سازه ای با عوامل مختلف محیطی و تحت الارضی اثر نیروی زلزله مواجه خواهد بود که تحلیل و طراحی این نوع خطوط از لحاظ مهندسی سازه نیاز به شناخت رفتار پارامترهای مربوطه داشته و عدم اشنایی آن ها می تواند طراحی و اجرا را با خسارات و مخاطرات جبران ناپذیری به خصوص در برابر حرکت گسل مواجه سازد.در این مقاله رفتار خط لوله در مقابل جابه جایی های بزرگ گسل را بررسی میکنیم، وتغییرات کرنش خمشی وارد شده به لوله را نسبت به قطر خارجی بدست می آوریم و مقادیر کرنشها را با تغییر در ضخامت لوله بررسی میکنیم و نمودارهای آن را به وسیله نرم افزارمتلب ترسیم مینماییم.ما با کمک حل معادلات دیفرانسیل که از مقالات مشابه استخراج شده به مقایسه جواب آن ها میپردازیم.
-1 مقدمه
خطوط لوله را به دلیل مسائل حفاظتی و تامین تکیه گاه مناسب و بالا بردن ضریب اطمینان عموما به صورت مدفون در نظر می گیرند و مانند سایر سازه ها بایستی در مقابل ترکیب انواع بارهای مختلف از قبیل فشارهای داخلی ناشی از سیال داخلی آن و بارهای خارجی و تنش های حرارتی نیروهای ناشی از زلزله و ...طراحی گردندبرای نیل به این هدف لازم میآید بارهای وارد بر خطوط لوله مدفون و منشأ آسیب پذیری آنها شناسایی گردد، آنگاه با استفاده از روشهای تحلیلی یا عددی رفتار خطوط لوله مدفون در برابر بارهای وارده مورد مطالعه قرار گیرد.
از لحاظ مهندسی وجه تمایز این نوع سازه ها نسبت به دیگر سازه ها های رایج،داشتن طول زیاد در مقایسه با عرض و احداث آنها در امتداد و به موازات زمین است.قطه هر کدام از شریانها ممکن است باعث خسارات زیادی از جمله عدم سرویس دهی شهری شود - رجایی، و میرزاگل تبار، . - 1377 از جمله اصلی ترین عوامل در آسیب رسانی به خطوط لوله زلزله می باشد. به همین دلیل با بررسی رفتار خطوط لوله مدفون در خاک، ناشی از جابجائی بزرگ و حرکت گسل می تواند کمک شایانی در رفع این مشکل صورت گیرد.
-2 تاریخچه
در طول سال ها مدل های مختلفی جهت بررسی تاثیر حرکت گسل ناشی از وقوع زمین لرزه بر روی خطوطه لوله مدفون ارائه شده اند که این مدل ها به تدریج پیشرفت کرده اند و تاثیر پارامترهای گوناگون به آنها اضافه شده اند تا نتایج واقع بینانه تری را ارائه دهند.از جمله این مدل ها مدل اودیبرت و نیمان 1972، مدل کندی و کینکیر و مدل وانگ 1985 را نام برد - رجایی، و میرزاگل تبار، . - 1377نیومارک و هال - - Newmark and Hall, 1975: 234-255 در پژوهشی با عنوان طراحی خط لوله مقاوم در برابر جابجایی گسل لوله را به صورت کابل فرض کردند و فقط تغییر شکل محوری را در نظر گرفتند و از مقاومت جانبی خاک و سختی خمشی خط لوله صرفنظر کردند.
کندی و همکاران Kennedy, Chow,Williamson, 1977: 617- 633 - - کار نیومارک را ادامه دادند، با این فرضیات که مقاومت جانبی خاک را در نظر گرفتند. ولی همچنان از سختی لوله صرف نظر کردند. مدلهای تحلیلی با کار وانگ و همکاران و کارامیتروس و همکاران ادامه یافت، طرح اتخاذ شده توسط وانگ و یه - Wang ,Yeh, 1985: 75-96 - بر اساس تقسیم لوله به چهار قسمت بود، دو قسمت در ناحیه انحنای بالا در دو طرف خط گسل به عنوان قوس دایره ای و دو قسمت خارج از این منطقه به صورت تیر بر روی بستر الاستیک است.
تاکادا و همکاران - - Takada, Hassani , Fukuda, 2001 :1243-1257 در سال 2001به مطالعه رابطه بین بیشینه کرنش ایجادشده در لوله و زاویه خمیدگی لوله با کمک روش المان محدود پرداختند .برای این منظور آنها شرایط مختلفی از لوله و گسل را موردمطالعه قراردادند.توپراک و همکاران در سال 2015 به بررسی احتمالات موجود برای خسارت لرزهای در لولههای چندجریانی مدفون آب در خاک پرداختند. تمرکز این پژوهش بر روی منطقه آونساید از شهرستان چیریست چرچ واقع در ترکیه بوده است. در این پژوهش احتمال لرزهای منحنی شکست آهن و آسیب خط لوله آزبست ارائه شده است. این منحنی میتواند برای مطالعات خطرات آبهای چندجریانی مفید باشد.
-3 روش تحقیق
از دیگر عوامل بارگذاری خطوط لوله مدفون حرکات بزرگ گسل می باشد.اگرچه بر طبق برخی مشاهدات میدانی، در صورتیکه سرعت ارتعاش زمین زیاد باشد تکان زمین نیز می تواند از عوامل آسیب رسان به خطوط لوله تلقی گردد، ولیکن می توان گفت که حرکات ماندگار سطح زمین مانند حرکات گسل علت اصلی خرابی لولههاست. گسل، تغییر شکل ناشی از تغییر مکان نسبی دو قطعه مجاور از پوسته زمین می باشد. این تغییر مکان می تواند به صورت ناگهانی در اثر وقوع زلزله و یا در اثر تجمع تدریجی تغییر شکل در یک مدت زمان طولانی رخ دهد. جابجایی ناگهانی گسل ها باعث ارتعاش زمین می گردد.
به طور کل پوسته روی زمین از تعدادی صفحات که در کنار هم قرار گرفته تشکیل می شود. این صفحات در اثر عواملی نظیر حرارت درون زمین در حرکت می باشد. چنانچه این حرکات در طول یک گسل اصلی در مرز بین صفحات پوسته ای انجام گیرد انرژی آزاد شده بزرگ و عظیم و پر انرژی خواهد بود . - Claire, Seton, Maria; Müller, Dietmar; Tackley, Paul,2016: 250-268 - در حالت فوق کانون زلزله عمیق می باشد اما زلزله هایی که به علت جابجایی در گسل های فرعی رخ می دهد عموما دارای کانون های کم عمق است. بر این اساس هر چه قابلیت صفحات پوسته ای برای ذخیره انرژی تغییر شکل بیشتر باشد میزان لغزش احتمالی گسل نیز بزرگتر خواهد بود.
1-3 هندسه مدل:
در شکل زیر مدل آنالیز که برگرفته از مدل وانگ ویه - Karamitros, Bouckovalas, Kouretzis , 2007:11-200 - می باشد، برای خط لوله مدفون در ارتباط با حرکت گسل، نشان داده شده است. در شکل فوق نشان دهنده زاویه تشکیل شده میان گسل و محور خط لوله می باشد. این برخورد باعث ایجاد کرنش کششی محوری در لوله می گردد. همچنین x نشان دهنده جابجایی گسل به موازات محور طولی خط لوله و همچنین \ جابجایی گسل به در راستای محور عرضی خط لوله می باشد. در این مدل قطعه AB دارای انحنایی با شعاع ثابت است .
