گرایش :

عمران سازه

عنوان :

بررسی عددی کاهش پاسخ لرزه­ای مخازن ذخیره مایع در اثر

به کارگیری جداساز­های لرزه­ای

 استاد راهنما :

جناب آقای دکتر طاووسی تفرشی

 استاد مشاور :

جناب آقای دکتر گودرزی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
فصل اول : تاریخچه تحلیل دینامیکی مخازن ذخیره مایع و دستورات آیین‌نامه‌ای در این خصوص
چکیده …………………………………………………………………………….2
1-1- خسارات وارد شده به مخازن ذخیره مایع تحت بارهای لرزه‌ای……………………..3
1-1-1-خرابی­های حاصل از اثرات  نیروهای هیدرودینامیک……………………………………..4
1-1-1-1-کمانش لوزی شکل………………………………………………………………4
1-1-1-2- کمانش پافیلی…………………………………………………………………………………………5
1-1-2- خرابی­های حاصل از حرکت امواج مایع در محل سطح آزاد سیال…………………………..6
1-1-3- سایر خرابی­ها……………………………………………………………………………………11
1-1-4- رفتار مخازن در زلزله‌های گذشته……………………………………………………………..12
1-1-4-1- در زلزله  الاسکا ……………………………………………………………………………………….12
1-1-4-2- زلزله کوبه ژاپن……………………………………………………………………………………13
1-1-4-3- زلزله کواکولی ترکیه…………………………………………………………………..14
1-2- دستورات آیین‌نامه‌ها در رابطه با تحلیل دینامیکی مخازن………………………………..16
1-2-1- مروری بر پیشینه تحلیل دینامیکی مخازن مایعات……………………………………………16
1-2-2- روشهای تحلیل لرزه­ای مخازن از دیدگاه  آیین­نامه­های معتبر ………………………………………..20
1-2-2-1- مدلهای مکانیکی جرم و فنر برای ساده­سازی رفتار دینامیکی مایع………………………..21

این مطلب را هم بخوانید :

1-2-2-2- پریود طبیعی مد نوسانی مایع………………………………………………………………………..24
1-2-2-3- توزیع فشار هیدرودینامیک ناشی از اعمال بارهای لرزه­ای جانبی………………………….26
1-2-2-4- پاسخ مخزن به مولفه قائم حرکت زمین……………………………………………………………28
1-2-2-5- نحوه برآورد ارتفاع امواج سطحی…………………………………………………………….35
1-2-2-6- اندرکنش خاک و سازه…………………………………………………………………………….37
‌1-4- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری……………………………………………………………………………….38
فصل دوم: جداسازی لرزه‌ای سازه‌ها و کاربرد آن در مخازن ذخیره مایع
چکیده…………………………………………………………………………………………41
2-1- فلسفه بکارگیری جداسازهای لرزه‌ای و انواع آنها………………………………………………42
2-2- مروری بر مطالعات پیشین بر روی مخازن ذخیره مجهز به جداسازهای لرزه‌ای………..44
2-3- پروژه‌های ساخته شده مخازن مجهز به سیستم جداسازی لرزه‌ای در کشورهای مختلف……..50
2-4- جمع‌بندی……………………………………………………………………..54
فصل سوم : بررسی عددی رفتار دینامیکی مخازن مجهز به سیستم جداساز لرزه‌ای با استفاده از روش اجزای محدود

چکیده……………………………………………………………………………..57
3-1-مقدمه……………………………………………………………………………...58
3-2- معرفی مدل اجزای محدود مورد استفاده در تحلیل عددی…………………………58
3-3- صحت‌سنجی نتایج مدل عددی ……………………………………………………..60
3-3-1- صحت سنجی تحت بارهای هارمونیک …………………………………………………………….60
3-3-2- صحت‌سنجی تحت بارهای لرزه‌ای…………………………………………………………62
3-4- معرفی سیستم جداساز استفاده شده در مدل عددی……………………………….65
3-5- آنالیزهای عددی انجام شده بر روی مخازن با ابعاد واقعی……………………………67
3-5-1- ابعاد مخازن واقعی انتخاب شده جهت انجام مطالعات پارامتریک……………………………………67
3-5-2-بارهای لرزه‌ای اعمال شده به مخازن……………………………………………………………………….67
3-6-تحلیل نتایج حاصل از انجام آنالیزهای عددی………………………………………………….70
3-6-1- نتایج عددی حاصل برای پارامترهای طراحی…………………………………………………………….70
3-6-2- نتایج عددی حاصل برای ماکزیمم ارتفاع آزاد مایع……………………………………………….79
3-7- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری…………………………………………………………………..86
فصل چهارم : ارزیابی عملکرد مدلهای ساده شده در برآورد پاسخ لرزه ای مخازن جداسازی شده
4-1- مقدمه………………………………………………………………………….90
4-2- معرفی مدل مکانیکی جرم- فنراستفاده شده…………………………………….91
4-3- نتایج حاصل از تحلیل عددی مدل جرم و فنر مخازن جداسازی شده……………………..93
4-3- 1- مقایسه نتایج جرمهای معادل سیال……………………………………………….94
4-3- 2- مقایسه نتایج مدل اجزای محدود و مدل جرم و فنر برای مخازن جداسازی شده …………………96
4-3- 3- بررسی دقت روش جمع مجذور مربعات…………………………………………………………………99
4-3- 4- محاسبه ارتفاع امواج سطحی مایع برای نمونه‌های مورد بررسی………………………………………100
فصل پنجم : نتیجه گیری
نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………104
فهرست منابع و ماخذ
منابع……………………………………………………………………………………………………….107
چکیده
هدف اصلی در تحقیق حاضر، بررسی نحوه تاثیر وجود جداسازهای لرزه‌ای بر روی عملکرد دینامیکی  مخازن ذخیره مایع در هنگام زلزله است. در این راستا لازم است ابتدا رفتار دینامیکی مخازن در هنگام وقوع زلزله­های واقعی شناخته شده و انواع خرابی­های لرزه‌ای ممکن‌الوقوع در مخازن ذخیره مایع معرفی گردد. این خرابی‌ها سرمنشا تحقیقات زیادی در خصوص تحلیل دینامیکی مخازن می‌باشد که چکیده این تحقیقات در قالب دستورالعملهای کاربردی، در آیین‌نامه‌های معتبر منعکس شده‌اند. لذا در قسمت پایانی فصل، فلسفه بکار گرفته شده در برخی از آیین‌نامه‌های معتبر در رابطه با نحوه اعمال اثرات دینامیکی رفتار مخازن مرور می‌شود و مقررات آنها پیرامون مسائل کلی و مهم در حوزه تحلیل دینامیکی مخازن، مورد بررسی و مقایسه قرار می‌گیرد.
1-1- خسارات وارد شده به مخازن ذخیره مایع تحت بارهای لرزه‌ای
مشاهدات انجام شده در خصوص عوامل موثر بر خرابی­های مخازن ذخیره مایع در هنگام اعمال بارهای لرزه‌ای، بیانگر آسیب­پذیری بیشتر مخازن فولادی نسبت به مخازن بتنی می­باشد.تجربیات زلزله­های گذشته باعث شده است که آیین­نامه­های معتبر، مقررات خود را برای تحلیل دینامیکی مخازن دائما بهبود دهند. اگر چه مقررات آیین­نامه‌ای در خصوص بررسی برخی از پدیده­ها به درک یکسانی رسیده است، اما فلسفه بکار گرفته شده در آیین­نامه­های مختلف،برای بررسی برخی دیگر از پدیده­ها، متفاوت بوده و هنوز جمع­بندی یکسانی در رابطه با آنها وجود ندارد. به عنوان مثال اثر سقف مخازن در باز توزیع نیروهای طراحی، نحوه تاثیر عوامل مختلف بر برآورد ارتفاع قسمت آزاد بالای مخازن و یا باز توزیع تنش­ها در هنگام بلند شدن مخزن و …. از جمله مواردی هستند که هنوز مدل تحلیلی یکسانی برای آنها وجود ندارد.
بنابراین موضوع تحلیل دینامیکی مخازن ذخیره مایع، اگر چه موضوعی آشنا و با پیشینه طولانی است، اما به دلیل تعدد پدیده‌های درگیر با آن، هنوز دارای وجوه مبهم بسیاری است که باعث پویایی تحقیقات در این زمینه شده است. از طرفی، حضورپدیده­هایی نظیر اندرکنش مایع-سازه و پدیده اندرکنش سازه-خاک بر پیچیدگی­موضوع تحلیل دینامیک مخازن و تنوع خرابی­های مشاهده شده در آنها می­افزایند. شناخت دقیق انواع خرابی­های ناشی از اعمال بارهای لرزه‌ای در مخازن ذخیره، می­تواند دیدگاه اولیه­ای را در رابطه با زمینه­های تحقیق فراهم آورد.
در یک جمع بندی کلی خرابی­های حاصل در مخازن ذخیره مایع در هنگام زلزله را می­توان در انواع ذیل خلاصه کرد.
1- کمانش جداره مخزن در اثر نیروهای هیدرودینامیک ناشی از اندرکنش مایع- سازه
2- خرابی در اثر حرکت سیال مواج در هنگام زلزله و برخورد آن با سقف و قسمت­های فوقانی جداره مخزن
3- نشت مایع از مخزن به دلیل ایجاد تنش­های حلقوی بالا در محل اتصالات
4- بلند شدگی مخزن از روی پی (برای مخازن مهار نشده)
5- کمانش ستونها­ی ثابت میانی که برای نگه داشتن سقف بکار می­روند
6- حرکت­های جانبی سازه مخزن (عدم استفاده از اتصالات انعطاف­پذیر در محل اتصال لوله­های ورودی و خروجی مایع با مخزن ممکن است باعث پاره شدن ورق جداره یا خرابی ملحقات مخزن گردد).
1-1-1-خرابی­های حاصل از اثرات  نیروهای هیدرودینامیک
مهمترین نوع خرابی مشاهده شده برای مخازن ذخیره مایع فولادی، خرابی ناشی از کمانش جداره مخزن می­باشد. این کمانش در اثر نیروی هیدرودینامیک فشاری حاصل از لنگر خمشی تولید شده در هنگام زلزله بوجود می­آید. در حالت کلی دو نوع کمانش در جداره مخازن فولادی گزارش شده است. کمانش جداره ممکن است در حالتی که جداره چندان ضخیم نیست، قبل از جاری شدن کامل مصالح رخ دهد که به این نوع کمانش، کمانش لوزی شکل یا الماسی گفته می­شود.
همچنین کمانش ممکن است با جاری شدن مصالح همراه باشد که به آن کمانش پافیلی می­گویند. این دو نوع کمانش از لحاظ فلسفه تشکیل، محل وقوع و شکل ظاهری با یکدیگر تفاوت دارند.
1-1-1-1-کمانش لوزی شکل[1]
همانطور که اشاره شد این نوع کمانش در حقیقت نوعی از کمانش الاستیک است (که البته می‌تواند غیر الاستیک هندسی نیز باشد) که بدلیل تنش­های فشاری محوری ناشی از بارهای هیدرودینامیک لرزه­ای حاصل می­گردد. این نوع کمانش معمولا در مخازن با نسبت ارتفاع به شعاع بزرگ و در محل یک سوم پایینی جداره رخ می­دهد. یعنی در جایی که تنش­های ناشی از فشار هیدرواستاتیک نسبت به تنش تراز کف جداره کوچکتر هستند.  مقدار تنش فشاری برای ایجاد چنین کمانشی را می­توان از تئوری کمانش خطی بدست آورد. مقدار تنش بحرانی کمانش برای استوانه پوسته­ای تحت فشار محوری خالص برابر با مقدار زیر بدست می‌آید.
که E مدول الاستیسیته و t ضخامت پوسته و R شعاع مخزن می‌باشد.  این مقدار تئوریک را نمی­توان به عنوان تنش مجاز فشاری در مخازن تحت بارهای دینامیکی بکار گرفت. زیرا در مخازن تحت بار زلزله، اولا تمام پوسته تحت فشار یکنواخت قرار ندارد. ثانیا وجود فشار داخلی مایع باعث ایجاد تنش­های محیطی در جداره مخزن می­شود و این تنش­های محیطی بر مقاومت جداره در مقابل تنش­های فشاری تاثیر گذارند. ثالثا جداره مخزن دارای نقایص اولیه است که در روند ساخت بوجود آمده و نمی­توان آن را یک ماده یکنواخت فرض کرد. بنابراین اثرات این سه عامل یعنی عیوب اولیه، فشار داخلی مایع و عدم یکنواختی تنش­های فشاری را باید در رابطه تئوریک وارد کرد.
اثرات ناشی از عیوب ساخت موجود در جداره،  تنشهای مجاز فشاری را به طرز چشمگیری کاهش می­دهد. اما فشار هیدرودینامیک مایع در داخل پوسته، باعث کاهش اثرات ناشی از عیوب اولیه شده و از این طریق به افزایش تنش مجاز فشاری کمک می­کند. همچنین عامل سوم یعنی عدم یکنواختی تنش­های فشاری ناشی از لنگر خمشی، احتمال همزمان شدن تنش فشاری بیشینه در محل حضور عیوب اولیه را کمتر کرده و باز هم باعث افزایش تنش مجاز فشاری می­گردد. با این حال اثر منفی عامل اول یعنی عیوب اولیه بسیار زیاد است و اثرات مثبت دو عامل دیگر را خنثی می‌کند. در نتیجه تنش فشاری مجاز در حالت کمانش الاستیک عملا کمتر از مقدار پیشنهادی رابطه (1-1) می­باشد. در شکل (1-1) نمونه­هایی از کمانش الماسی یا لوزی شکل نشان داده شده است.
1-1-1-2- کمانش پافیلی[2]
صورت دیگری از کمانش وجود دارد که معمولا در ناحیه پایین مخازن کوتاه با نسبت ارتفاع به شعاع مخزن کوچکتر از یک رخ می­دهد. این کمانش در اثر ترکیب تنش­های محیطی ناشی از فشار داخلی مایع و تنش­های فشاری ناشی از زلزله ایجاد می­گردد. با توجه به مطالعات انجام شده توسط محققین قبلی [1]، کمانش پافیلی در اثر مشارکت تنش­های قائم و تنش­های حلقوی کششی، بوجود می­آید[2]. باید دقت کرد که در کمانش پافیلی، ابتدا مصالح جاری شده و سپس کمانش پلاستیک رخ می­دهد. در حالی که در نوع الماسی، جداره مخزن قبل از جاری شدن مصالح کمانش می­کند. همچنین باید دقت کرد که فشار داخلی مایع به جداره در حالت کمانش الاستیک نقش مثبت دارد و باعث می­شود که اثرات عیوب اولیه کمتر و تنش مجاز فشاری بیشتر شود.  اما در مورد کمانش پافیلی،  فشار داخلی نقش منفی داشته و باعث کاهش تنش مجاز می­گردد. شکل(1-2) چند نمونه از کمانش پافیلی را نشان می­دهد.
در یک جمع‌بندی کلی می­توان گفت که کمانش الاستیک بیشتر برای مخازن لاغر و بلند که نسبت شعاع به ضخامت آنها پایین است، رخ می­دهد. اما کمانش پافیلی بیشتر برای مخازن کوتاه و پهن با نسبت ارتفاع به شعاعِ کمتر از یک رخ می‌دهد.
1-1-2- خرابی­های حاصل از حرکت امواج مایع در محل سطح آزاد سیال
در هنگام وقوع زلزله قسمتی از مایع مخزن به صورت رفت و برگشتی و با پریودی به مراتب طولانی­تر از پریود زلزله در حرکت است. این قسمت از مایع، باعث ایجاد امواج سطحی در محل سطح آزاد می­شود که این امواج ممکن است با سقف و جداره بالای مخزن برخورد کنند. نحوه خرابی مخازن با سقف ثابت و شناور در مواجه با پدیده امواج مایع، متفاوت است. در حالت کلی خرابی­های ناشی از حرکت مایع مواج در بالای مخزن را می­توان به شکل زیر خلاصه کرد.

• در مورد مخازن با سقف ثابت، ممکن است برخورد مایع مواج با جداره و سقف مخزن، باعث کمانش آنها در محل نزدیک به سقف شود (شکل1- 3 ، 1-4 ، 1-5 ، 1-6 ).
• برای مخازن رو باز،فوران مایع از بالای مخزن، ممکن است باعث ایجاد آلودگی­های زیست محیطی­ شود. این مورد خصوصا در مورد مخازن ذخیره مواد سمی حائز اهمیت است (شکل1-7 ).
• در برخی موارد، برخورد مایع با سقف باعث جاری شدن اتصالات بین سقف و جداره می‌گردد.
• در هنگام وقوع زلزله، سیال درون مخزن حرکت­های بزرگی از خود نشان می‌دهد که ممکن است باعث خروج مایع از سقف شناور مخزن گردد و یا در اثر حرکت سقف مخزن، جرقه­هایی در محل اتصال جداره و سقف بوجود آید که در این مورد امکان وقوع آتش­سوزی­های بزرگ وجود دارد (شکل1-8).

جدول (1-1) به شکل مطلوبی خرابی­های مشاهده شده در برخی مخازن ذخیره مایع را در اثر وقوع زلزله­های اخیر دسته بندی کرده است[3].

تعداد صفحه : 116
قیمت : 14700تومان