استاتیکی غیر خطی مخازن هوائی آب و مقایسه نتایج حاصل با تحلیل دینامیکی غیر خطی

 بررسی انواع الگوی بار (Pattern Load) در تحلیل استاتیکی غیر خطی مخازن هوائی آب و مقایسه نتایج حاصل با تحلیل دینامیکی غیر خطی IDA

مهدی شاداب فر، رضا راستي

1- دانشجوی کارشناسی ارشد عمران-زلزله ، دانشگاه صنعت آب و برق شهید عباسپور ، تهران

 2- استاديار دانشکده مهندسی آب ، دانشگاه صنعت آب و برق شهید عباسپور ، تهران

 

چكيده 

بسیاری از آئین نامه ها در حال تغییر روش های قدیمی بر اساس نیرو به روش طراحی بر اساس عملکرد هستند. مخازن آب نیز به عنوان سازه هائی با درجه اهمیت زیاد می بایست بر این اساس تحلیل و طراحی گردند.

یکی از روش های مناسب برای طراحی بر اساس عملکرد روش استاتیکی غیر خطی پوش آور می باشد. در این روش می بایست یک الگوی بار(Pattern Load) بر سازه اعمال شده و سازه به اندازه تغییر مکان هدف پوش گردد. نوع الگوی بار تاثیر زیادی بر منحنی ظرفیت سازه خواهد داشت. در این مقاله اختصاصاً به مخازن هوائی آب پرداخته شده و الگوهای مختلف بار برای آن بررسی شده است. سپس با مقایسه نتایج حاصل با روش دینامیکی غیر خطی مناسب ترین الگوی بار پیشنهاد گردیده است.

سوالات تحقيق:

در اين تحقيق، الگوهاي مختف بار جهت تحليل استاتيكي غيرخطي بررسي شده اند.

روش تحقیق:

در این مقاله منحني ظرفيت مخزن هوائي آب با استفاده از روش پيشنهادي و با استفاده از الگوهاي بار جانبي مختلف بدست آمده و با منحني ظرفيت بدست آمده از تحليل ديناميكي غيرخطي IDA مقايسه شده اند.

نتیجه گیری:

با استفاده از الگوی بار پیشنهادی در این مقاله می توان یک تحلیل استاتیکی غیر خطی نزدیک به واقعیت انجام داد و برآورد نسبتاً دقیقی از ظرفیت مخزن آب به دست آورد.

كلمات كليدي: اندركنش آب و مخزن، تحليل استاتيكي غيرخطي، تحليل ديناميكي غيرخطي، منحني ظرفيت

 

1.  مقدمه

مخازن هوائي آب از جمله سازه هاي مهم به شمار مي روند. از اين رو اطمينان از عملكرد صحيح اين مخازن در طول دوره بهره برداري و در طي زلزله مي بايست تامين شود. براي كنترل اين موضوع به ناچار مي بايست از تحليل هاي غير خطي استفاده كرد. در اين مقاله با مقايسه منحني ظرفيت حاصل از الگوهاي بار Pattern Load مختلف با منحني ظرفيت حاصل از تحليل ديناميكي غير خطي IDA الگوي بارگذاري مناسب پيشنهاد شده است.

 پیشنهاد می‌کنیم محصول آب بندی بتن را هم بررسی کنید.

2. چگونگي مدلسازي مخزن

مخازن هوائي آب معمولا به صورت يك سيستم يك درجه آزادي شناخته مي شوند، اما در صورتي كه بخواهيم اندركنش آب و مخزن را نيز در نظر بگيريم مي بايست مخزن را به شكل يك سيستم چند درجه آزادي در نظر گرفت.

برای در نظر گرفتن اندرکنش آب و مخزن بخشی از آب که در پائین مخزن قرار گرفته است را به عنوان جسم صلب در نظر گرفته و بخش دیگر را به شکل نوسان کننده که به دیواره مخزن ضربه وارد می کند در نظر می گیریم.

 

 

شکل1) نحوه مدلسازی آب درون مخزن

 

مقادیرواز روابط زیر محاسبه می شوند:

    (1)    

                                                                             

   (2)    

                                                             

  (3)

                                                       

  (4)   

                                                           

                                                                                          

که در روابط بالا:

R=شعاع مخزن

M=جرم کل آب داخل مخزن

H=ارتفاع کل آب داخل مخزن

m₁₌ جرم بخشی از آب با عملکرد صلب

m₂₌جرم بخش از آب با قابلیت ارتعاش

 

 

در پروژه ما این مقادیر عبارتند از:

 

 

 

شکل2) مخزن آب و ابعاد آن

 

با توجه به محاسبات بالا مخزن آب با ارتفاع ستون 4 متر در نرم افزار SAP2000 مدل شد

 

3. انواع الگوي بار (Pattern Load)

جهت تحليل استاتيكي غير خطي مخزن از سه نوه الگوي بار استفاده شد. الگوي بار اول توزيع مثلثي بار بود(شكل 2-a). در اين روش بار به شكل خطي در ارتفاع مخزن توزيع مي شود. الگوي بار دوم، توزيع ذوزنقه اي (شكل 2-b) بود. در اين توزيع بار در ارتفاع ستون به شكل به شكل مثلثي و در ادامه به شكل مستطيلي توزيع مي شود. توزيع سوم هم بر اساس شكل مود غالب مخزن مي باشد.

 

شکل 3) انواع الگوي بار جانبي

 

4. تابنگاشت هاي مورد استفاده

جهت تحليل ديناميكي غيرخطي مي بايست شتابنگاشت هاي مناسبي انتخاب مي شد. در اين مقاله از شتابنگاشت هاي زير(جدول 1)  استفاده شد. بدين ترتيب كه پس از همپايه سازي با ضرايب مقياس 0.2، 0.4، 0.6، 0.8، 1، 1.2، 1.4 و 1.6 به نرم افزار معرفي شدند. با استفاده از هركدام از اين شتابنگاشتها يك تحليل ديناميكي غير خطي انجام شد و منحني هيسترزيس آنها رسم شد. نقطه متناظر با ماكزيمم تغييرمكان در هر كدام از اين منحني ها به عنوان يك نقطه از منحني ظرفيت مورد استفاده قرار گرفت.

 

name	component	PGA	te (s)
KOBE	L	0.693 g	4.62
	T	0.694 g	3.68
NORTHRIDGE	L	0.344 g	12.96
	T	0.308 g	13.46
TABAS	L	0.836 g	16.48
	T	0.852 g	16.12تايج برسی

 

 

 

 

 

 

 

 

                  جدول 1) شتابنگاشت هاي مورد استفاده
 

برسی نتایج
منحني هاي ظرفيت بدست آمده از تحليل هاي ديناميكي غيرخطي انجام شده با شتابنگاشت هاي معرفي شده به شكل زير مي باشند كه ميانگين آنها نیز رسم شده است.

 

شکل 4) منحني هاي ظرفيت بدست آمده از تحليل هاي ديناميكي غيرخطي

 

منحني ظرفيت حاصل از تحليل هاي استاتيكي غير خطي انجام شده نيز از قرار زيرند.

شکل 5) منحني هاي ظرفيت بدست آمده از تحليل هاي استاتيكي غيرخطي

 

همانطور كه مشاهده مي شود منحني حاصل از الگوي بارگذاري منطبق بر شكل مود غالب مخزن نزديك تر به واقعيت (يعني همان منحني حاصل از تحليل ديناميكي غير خطي) است. از طرفي نيز الگوي بار uni+tri دقيق تر از uni مي باشد. مي توان اينگونه نتيجه گيري كرد كه وجود نيروي متمركز در قسمت بالاي مخزن رفتار دقيق تري از آن را نشان مي دهد.

 

6. نتيجه گيري

در اين مقاله با استفاده از سه الگوي بار uni، uni+tri و منطبق بر شكل مود به تحليل استاتيكي غيرخطي پرداخته شد. علاوه بر آن با سه دسته شتابنگاشت ، تحليل ديناميكي غير خطي نيز انجام گرفت و پس از مقايسه منحني هاي ظرفيت حاصله اين نتيجه حاصل شد كه تحليل استاتيكي غير خطي با استفاده از الگوي بار منطبق بر شكل مود غالب نتيجه نزديكتري را به واقعيت ارائه مي دهد.

 پیشنهاد می‌کنیم محصول واتراستاپ را هم بررسی کنید.

7. مراجع

1. مهدي پورشا، سيامك مستري، فرامرز خوشنوديان، پيشنهاد الگوي بارگذاري جانبي براي تحليل استاتيكي غيرخطي سازه هاي بتني بلند، پنجمين كنفرانس بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله
2. محمد حق بين قمي، علي معصومي، پيشنهاد يك الگوي بارجانبي در تحليل استاتيكي غيرخطي براي قاب هاي بتن مسلح ميان مرتبه، چهارمين همايش نگرشي بر آئين نامه طراحي ساختمان ها در برابر ززله (استاندارد 2800)
3. محسن شهروزي، امير عباس راحمي، اثر الگوي بارگذاري جانبي بر طرح لرزه اي قاب هاي ساختماني، چهارمين همايش نگرشي بر آئين نامه طراحي ساختمان ها در برابر زلزله (استاندارد 2800)

        4.دستورالعمل بهسازي لرزه اي ساختمان هاي موجود، نشريه شماره 360، معاونت برنامه ريزي و نظارت راهبردي رياست جمهوري

5. American Society of Civil Engineers, Seismic Rehabilitation of Existing Buildings (ASCE)

 

The Study on the Effect of Pattern Load in Nonlinear Static Analysis of Sky-Water Storage and Comparing with Nonlinear Dynamic Analysis Method (IDA)

1. Shadabfar¹, R. Rasti²
2. M.S. Student of Earthquake Engineering, Power and Water University of Technology (PWUT), Tehran, I.R. Iran. E-mail: 
3. Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Power and Water University of Technology (PWUT), Tehran, I.R. Iran. E-

ABSTRACT

Most of codes are changing their method into performance base design. Water storage considered as important structures and because of that should be design by this method. One of the ways for performance base design is pushover method.

In pushover method, the structure would be analyzed under a pattern load. The effect of pattern load on capacity curve (result of pushover method) is a predominant effect which has been investigated in this article.

RESEARCH INQUERIES

In this article, different pattern loads have been used in pushover analysis.

RESEARCH METHOD

In this paper, by proposed method for nonlinear analysis, the effect of pattern load on capacity curve of sky-water storage has been investigated.

CONCLUSION

By the Proposed Pattern Load in This Paper, a Proper Nonlinear Analysis of Sky-Water Storage may be done.

Key Words

Interaction of Tank-Water, Nonlinear Static Analysis, Nonlinear Dynamic Analysis, Capacity Curve