وبلاگ

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 آیین­نامه­ های معتبر، مقررات خود را برای تحلیل دینامیکی مخازن دائما بهبود دهند. اگر چه مقررات آیین­نامه‌ای در خصوص بررسی برخی از پدیده ­ها به درک یکسانی رسیده است، اما فلسفه بکار گرفته شده در آیین­نامه­ های 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، می ­تواند دیدگاه اولیه­ای را در رابطه با زمینه ­های 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 قسمت ­های 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- 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 می­ شود.

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
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 می­ شود 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 می­ کند. 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 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 می­ کند. همچنین باید دقت کرد که فشار داخلی مایع به جداره در حالت کمانش الاستیک نقش مثبت دارد و باعث می­ شود 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 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 می­ شود 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 نزدیک به سقف شود (شکل1- 3 ، 1-4 ، 1-5 ، 1-6 ).
2- 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 ).
3- در برخی موارد، برخورد مایع با سقف باعث جاری شدن اتصالات بین سقف و جداره می‌گردد.
4- 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].
به منظور جلوگیری از خرابی­های لرزه‌ای مذکور، که در اثر برخورد امواج سطحی مایع با سقف مخزن بوجود می‌آیند، معمولا یک ارتفاع آزاد در بالای مخازن پیش‌بینی می‌شود تا از برخورد سیال با سقف جلوگیری به عمل آید. بنابراین یکی از نیازهای اصلی طراحی ایمن، تخمین دقیق ارتفاع فضای خالی بالای سطح آزاد می­باشد. این موضوع جهت جلوگیری از خرابی سقف مخزن و یا بیرون ریختن مایع ضروری است. همچنین فشار حاصل از ضربه امواج سطحی، ممکن است در لنگر کلی واژگونی و افزایش امکان بلند­شدگی و کمانش جداره مخزن تاثیر­گذار باشد. ماکزیمم ارتفاع امواج سطحی، معمولا بر اساس شتاب جرم مواج مایع در مد اصلی تغییر شکل مایع، محاسبه می­گردد. همچنین پریود اصلی موج، نوع خاک محل، شتاب ماکزیمم زمین، اندرکنش مولفه­های مختلف زلزله، میزان میرایی در نظر گرفته شده برای مایع و ابعاد هندسی مخزن، از جمله عواملی هستند که باید در محاسبه میزان ارتفاع آزاد مایع لحاظ گردند.