تأثير تغييرات طولي ساختار خاك در رفتار لرزه اي لوله هاي مدفون

Soil longitudinal variation effects on seismic behavior of buried pipelines

چكيده: هدف از اين مقاله بررسي رفتار خطوط لوله پيوسته گذر كننده از دو خاك با جنس و سختي متفاوت تحت اثر تغيير مكان هاي زماني يك زلزله يكسان مي باشد. شاخص هاي تنش و جابجايي به ازاي زاويه هاي مختلف بين خط لوله و مرز بين دو لايه ي خاك بررسي شده است. بدين منظور از نرم افزار آباكوس استفاده گرديد و لوله با المان پوسته اي و خاك اطراف آن به صورت توده پيوسته مدل سازي شد. مقدار تنش و جابجايي در طول تقاطع و به ازاي زاويه ها ي تقاطع مختلف خاك و لوله و نسبت مدول يانگ متفاوت خاك ها به دست آورده شد. نتايج نشان مي دهند كه بيش ترين تنش در طول لوله در گره به فاصله مشخصي قبل از مرز و در خاك سخت تر ايجاد مي شود. هم چنين با افزايش زاويه تقاطع لوله با مرز بين دو لايه، مقدار جابجايي بيشتر شده و مقدار تنش تا زاويه 30 درجه افزايش و سپس كاهش مي يابد. كاهش نسبت مدول يانگ نيز باعث افزايش تنش در قبل و بعد از محل تقاطع مي گردد. با تغيير ضخامت لوله، جابجايي و تنش در لوله و خاك لايه اي اطراف آن دستخوش تغييرات قابل ملاحظه اي مي گردد به‌طوري‌كه با كاهش ضخامت لوله از 20 به 15 ميلي متر (كاهش 33%) تنش حدوداً 15 درصد افزايش مي يابد. شرايط خاك نرم (خاك دو لايه با جنس خاك نرم) در هر شرايطي منجر به افزايش ظرفيت تغيير شكل و پاسخ لوله مي گردد.

The purpose of this study is to investigate the behavior of continuous pipeline passing through two different layers of soil with different levels of resistance under displacement time-histories of the same earthquake. The values of stress and displacement are studied for different angles between pipe and interface of soil layers. To this end, pipe and the surrounding soil are modeled using shell and solid elements, respectively, in ABAQUS Software. Stress and displacement values are calculated along the intersection and for different values of intersection angle between soil layer and pipeline and different values of Young's modulus of the soils. These evaluations indicate that, the maximum stress along the pipeline occurs at the node in certain distance before the interface in the harder soil. Moreover, with increasing the angle, the resulting displacement increases, and the value of stress increases with angles up to 30˚, beyond which angle it decreases. Also, a decrease in the ratio of Young's modulus increases the stress both before and after the interface. Significant changes are observed in displacement and stress along the pipeline with changing the pipe thickness, so that a decrease in the pipe thickness in the studied model from 20 to 15 mm (33% reduction) results in some 15% increase in the stress. Soft soil (two-layered soft soil) increases pipe displacement and response capacity in every condition.