اثر مولفه قائم زلزله بر مخازن بتني با ديواره انعطاف پذير به روش تركيبي المان محدود و هيدروديناميك ذرات هموار

Effect of Vertical Component of Earthquake on Concrete Storage Tanks with flexible walls Using Coupled Finite Element and Smoothed Particle Hydrodynamics Method

در اين مطالعه به بررسي رفتار لرزه اي مخازن سيال بتني مستطيلي پرداخته شده و اهميت اثر مولفه قايم زلزله بر پاسخ تلاطم و پاسخ سازه بررسي گرديد؛ ديواره ها انعطاف پذير در نظر گرفته شده و اثر پارامتر ضخامت ديواره نيز مورد بررسي قرار گرفت. در اين مقاله سازه مخزن به روش المان محدود و محيط سيال به روش هيدروديناميك ذرات هموار، كه يك روش بدون مش و داراي مزاياي زيادي نسبت به روش هاي سنتي بر پايه مش است، مدلسازي گرديد. به منظور صحت سنجي، درستي مدلسازي با نتايج آزمايشگاهي و عددي معتبر موجود مقايسه شد. تحليل ها تحت ركوردهاي افقي با پريودهاي غالب در محدوده هاي مختلف يك بار با در نظر گيري مولفه قايم و بار ديگر بدون در نظر گيري آن انجام شدند و پارامترهاي ارتفاع تلاطم، برش پايه، نيرو در عرض واحد و جابه جايي ديواره براي مقايسه بدست آورده شدند. نتايج نشان دادند كه در نظرگيري مولفه قايم در تحليل، اثر نسبتا ناچيزي بر روي پاسخ تلاطم دارد اما اثر آن بر روي پاسخ سازه بسيار زياد است، در عين حال حداكثر تلاطم در تحليل تحت ركورد افقي با پريود غالب بالا مشاهده مي شود. مخازن با ضخامت متفاوت يا به عبارت ديگر انعطاف پذيري متفاوت ديواره ها، پاسخ تلاطم و پاسخ سازه بسيار متفاوتي از هم نشان دادند. همچنين اثر انعطاف پذيري ديواره هاي موازي با جهت اعمال زلزله بر روي پاسخ سازه مقدار قابل توجهي دارد. نتيجه گيري مي شود كه اثر مولفه قايم و انعطاف پذيري ديواره ها در تحليل لرزه اي مخازن بايد در نظر گرفته شود.

In this research, Seismic behavior of concrete rectangular fluid tanks has been studied and the importance of the effect of the earthquake’s vertical component investigated. The structure of tank and medium of the water has been modeled using finite element and smoothed particle hydrodynamics methods respectively. The smooth particle hydrodynamics which is a meshfree method, has many advantages over other traditional grid-based methods. For verification purposes, the modeling accuracy compared with the available experimental and numerical results. The analysis ran under horizontal records with predominant periods in different ranges, once considering vertical component and another time without it. Afterwards, The parameters of sloshing height base shear, force in unit width and displacement of the wall has been obtained for comparison. The results show that consideration of vertical component in analysis has a negligible effect on sloshing response but it is significant on structure’s response. Meanwhile, the maximum sloshing occurs in analysis under horizontal record with high predominant period. Tanks with different thicknesses or in other words, different flexibilities of walls, show completely different sloshing and structure response. Also considering walls which are parallel to direction of earthquake as flexible, has significant effect on response of the structure. As a result, the effect of vertical component and flexibility of walls must be considered in seismic analysis of tanks.