بررسي رفتارديناميكي لوله هاي مدفون خم دار افقي به روش عددي و آزمايشگاهي تحت اثر گسل امتدادلغز

The behavior of horizontally bent buried pipes along faults slip with numerical and experimental modelling

با توجه به اهميت زياد خطوط لوله‌هاي مدفون حامل انرژي در شبكه شريان‌هاي حياتي،بررسي رفتار اينگونه سازه‌ها در برابر تحريكات ديناميكي ناشي از حركت شديد زمين لازم مي‌باشد. در اين مقاله رفتار لرزه‌اي بخشي از يك لوله مدفون با خم افقي تحت اثر ركورد زلزله بم به صورت آزمايشگاهي و مدلسازي عددي با نرم افزار ABAQUS مورد مطالعه قرار گرفته است. لوله با استفاده از المان سه بُعدي چهار گره‌اي پوسته‌اي (Shell) و خاك با خواص الاستو پلاستيك مدلسازي شده است. در پي تحليل‌هاي ديناميكي غيرخطي با اعمال ركورد زمين لرزه بم، مطالعات پارامتريك گسترده‌اي با توجه به قطر وضخامت‌هاي مختلف لوله فولادي انجام و مقادير كرنش محوري و پلاستيك لوله خم‌دار افقي در محل نصب كرنش‌سنج‌ها با نتايج عددي در طول لوله مقايسه شده‌اند. همچنين فاصله تشكيل مفصل پلاستيك در لوله‌ها تا امتداد خط گسل نسبت به پارامترهاي قطر و ضخامت بررسي و رابطه‌ رياضي براي تعيين محل مفصل پلاستيك ارائه گرديده است. مقايسه نتايج آزمايشگاهي و عددي نشان مي‌دهند غالباً در لوله‌هاي مدفون با خم افقي، بيشترين ميزان كرنش محوري، كرنش پلاستيك و تنش در لوله، در گوه ثابت خاك و در نزديكي محل گسل رخ مي‌دهد. در لوله خم‌دار افقي با افزايش نسبت قطر به ضخامت(D/t)، فاصله تشكيل محل مفصل پلاستيك از محل گسل دورتر و نسبت كرنش محوري لوله فولادي به كرنش برشي خاك (p/sε)،كمتر مي‌شود. مقداركرنش هاي برشي در خاك با افزايش نسبت D/t لوله كاهش ولي وسعت توزيع آنها در قسمت مياني لوله و در محل تلاقي با گسل افزايش مي يابد.با توجه به تحليل نيروها و كرنش‌هاي حاصل از آزمايشات و مدل هاي عددي مشخص مي-گردد مكانيسم خرابي لوله هاي مورد مطالعه به سبب كرنش محوري در لوله ها مي باشد. تغييرشكل‌هاي طوليبوجود آمده در مدل‌ها به صورت S شكل و با افزايش نسبتD/t،كاهش مي‌يابد

Considering the high importance of energy-carrying buried pipelines in lifeline network, it is vital to understand this kind of structures against seismic dynamic excitations. In this paper, seismic behavior in some part of a buried pipe with horizontal bend under Bam earthquake record effect (2003, Iran) is studied experimentally and numerically using ABAQUS software. In the numerical model, the pipe is modelled via a three-dimensional four-node shell system, and the soil is modeled using elastoplastic properties. As non-linear dynamic analysis, with applying Bam earthquake record effects, a thorough parametric studied are performed on different pipe diameter and thicknesses, and then the axial strain and plastic strain values obtained from the strain gauges along the horizontally-bent pipe are compared with the numerical model results. Also, a correlation is obtained which relates the location of plastic hinge formation point on the pipe to the pipe diameter and thickness. The comparison of numerical model and experimental results show that in buried horizontally-bent pipes, the most axial strain, plastic strain, and stress in the pipe take place in the fixed wedge and near to the fault line. In the buried horizontally-bent pipes, with increasing the pipe diameter to thickness ratio this location will get more distance from the fault line. Also, the pipelines with larger diameters have lower pipe-soil strain ratio (εp/s) values causing lower axial and plastic strains.