متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : عمران سازه

عنوان : بررسی عددی کاهش پاسخ لرزه­ای مخازن ذخیره مایع در اثر به کارگیری جداساز­های لرزه­ای

دانشگاه آزاد اسلامي

 واحد تهران مرکزي

دانشکده  فنی و مهندسی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.S )

 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 ذخيره مايع تحت بارهای لرزه‌ای……………………..3

1-1-1-خرابی­های حاصل از اثرات  نیروهای هیدرودینامیک…………………………………..4

1-1-1-1-کمانش لوزي شکل…………………………………………………………………4

1-1-1-2- کمانش پافيلي……………………………………………………………………..5

1-1-2- خرابی­های حاصل از حرکت امواج مایع در محل سطح آزاد سيال…………………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- مروري بر پیشینه تحليل ديناميکي مخازن مايعات………………………………..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

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

فصل اول: تاریخچه تحلیل دینامیکی مخازن ذخیره مایع و دستورات آیین‌نامه‌ای در این خصوص

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 ذخيره مايع تحت بارهای لرزه‌ای

مشاهدات انجام شده در خصوص عوامل موثر بر خرابي­هاي مخازن ذخيره مایع در هنگام اعمال بارهای لرزه‌ای، بيانگر آسيب­پذيري بيشتر مخازن فولادي نسبت به مخازن بتني مي­باشد.تجربیات زلزله­های گذشته باعث شده است که آیین­نامه­های معتبر، مقررات خود را برای تحلیل دینامیکی مخازن دائما بهبود دهند. اگر چه مقررات آيين­نامه‌ای در خصوص بررسی برخي از پديده­ها به درک يکسانی رسیده است، اما فلسفه بکار گرفته شده در آیین­نامه­های مختلف،برای بررسی برخي 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 بالاي مخازن و يا باز توزيع تنش­ها در هنگام بلند شدن مخزن و …. از جمله مواردي هستند که هنوز مدل تحلیلی یکسانی براي 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 مايع-سازه و پدیده اندرکنش سازه-خاک بر پيچيدگي­موضوع تحلیل دینامیک مخازن و تنوع خرابي­های مشاهده شده در آنها می­افزایند. شناخت دقيق انواع خرابي­هاي ناشی از اعمال بارهای لرزه‌ای در مخازن ذخيره، می­تواند دیدگاه اولیه­ای را در رابطه با زمینه­های تحقیق فراهم آورد.

  در يک جمع بندي کلي خرابي­هاي حاصل در مخازن ذخيره مايع در هنگام زلزله را مي­توان در انواع ذيل خلاصه کرد.

1- کمانش جداره مخزن در اثر نیروهای هیدرودینامیک ناشی از اندرکنش مایع- سازه

2- خرابي در اثر حرکت سيال مواج در هنگام زلزله و برخورد آن با سقف و قسمت­های فوقانی جداره مخزن

3- نشت مايع از مخزن به دليل ایجاد تنش­هاي حلقوي بالا در محل اتصالات

4- بلند شدگي مخزن از روي پي (برای مخازن مهار نشده)

5- کمانش ستونها­ي ثابت مياني که براي نگه داشتن سقف بکار مي­روند

6- حرکت­های جانبی سازه مخزن (عدم استفاده از اتصالات انعطاف­پذير 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- خرابی­ های 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 لوزي شکل

همانطور که اشاره شد این نوع کمانش در حقيقت نوعي از کمانش الاستيک است (که البته می‌تواند غیر الاستیک هندسی نیز باشد) که بدليل تنش­هاي فشاري محوري 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 مي­دهد. يعني در جايي که تنش­هاي ناشي از فشار هيدرواستاتيک 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.

2-1-1-1- کمانش پافیلی

  صورت دیگری از کمانش وجود دارد که معمولا در ناحيه پايين مخازن کوتاه با نسبت ارتفاع به شعاع مخزن کوچکتر از يک رخ مي­دهد. 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 پافيلي در اثر مشارکت تنش­هاي قائم و تنش­هاي حلقوي کششي، بوجود مي­آيد[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.

2-1-1- خرابی­های حاصل از حرکت امواج مایع در محل سطح آزاد سيال

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 می­ توان به شکل زیر خلاصه کرد.

1- در مورد مخازن با سقف ثابت، ممکن است برخورد مایع مواج با جداره و سقف مخزن، باعث کمانش آنها در محل نزديک به سقف شود (شکل1- 3 ، 1-4 ، 1-5 ، 1-6 ).

2- برای مخازن رو باز،فوران مايع از بالاي مخزن، ممکن است باعث ايجاد آلودگي­هاي زيست محيطي­ شود. اين مورد خصوصا در مورد مخازن ذخيره مواد سمي حائز اهميت است (شکل1-7 ).

3- در برخی موارد، برخورد مایع با سقف باعث جاری شدن اتصالات بین سقف و جداره می‌گردد.

4- در هنگام وقوع زلزله، سيال 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].

به منظور جلوگيري از خرابي­هاي لرزه‌ای مذکور، که در اثر برخورد امواج سطحي مایع با سقف مخزن بوجود می‌آیند، معمولا يک ارتفاع آزاد در بالاي مخازن پیش‌بینی می‌شود تا از برخورد سيال با سقف جلوگيري به عمل آيد. بنابراين يکي از نيازهاي اصلي طراحي ايمن، تخمين دقيق ارتفاع فضای خالی بالاي سطح آزاد مي­باشد. اين موضوع جهت جلوگيري از خرابي سقف مخزن و يا بيرون ريختن مايع ضروري است. همچنين فشار حاصل از ضربه امواج سطحی، ممکن است در لنگر کلی واژگوني و افزايش امکان بلند­شدگي و کمانش جداره مخزن تاثير­گذار باشد. ماکزيمم ارتفاع امواج سطحی، معمولا بر اساس شتاب جرم مواج مایع در مد اصلي تغيير شکل مايع، محاسبه مي­گردد. همچنين پريود اصلي موج، نوع خاک محل، شتاب ماکزيمم زمين، اندرکنش مولفه­هاي مختلف زلزله، ميزان ميرايي در نظر گرفته شده برای مایع و ابعاد هندسي مخزن، از جمله عواملي هستند که بايد در محاسبه ميزان ارتفاع آزاد مايع لحاظ گردند.

تعداد صفحه : 115

قیمت : 17300تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ———- ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

*********  ********* *********

دسته بندی : عمران