تاثير مؤلفه قائم زلزله بر تلاطم و لنگر پايه مخازن هوايي مخروطي به كمك روش هاي عددي و آزمايشگاهي

Effects of Earthquake Vertical Excitations on Sloshing Height in Conic Elevated Water Tanks and the Created Moment at Their Base: Experimental Validation and Numerical Simulation

در تحليل لرزه‌اي مخازن هوايي حاوي سيال، مؤلفه قائم زلزله به علت تأثير در سطح متلاطم سيال درون مخزن و همچنين تشديد اثر "P-delta" از اهميت ويژه‌اي برخوردار مي‌باشد. به منظور بررسي عملكرد نوساني مخزن و تاثير تلاطم سطح سيال بر آن، به يك مخزن استونه اي به قطر 60 سانتيمتر كه در آن آب با عمق هاي مختلف قرار گرفته، فركانسهاي هارمونيك توسط ابزاري ابداعي به نمونه هاي آزمايشگاهي اعمال گرديد. به منظور تعيين تاثير نوسانات بر سازه، از نرم افزار آباكوس براي مدلسازي بهره گرفته شده است. صحت سنجي و كاليبراسيون مدل عددي با مقايسه نتايج مدل آزمايشگاهي و مدل عدي از نوسانات سطح آب با ايجاد مدل متناظر در نرم‌افزار آباكوس و با ايجاد تعداد قابل ملاحظه‌اي از تركيبات گوناگون از متغيرهاي مدل‌سازي از قبيل روش شبكه‌بندي و اندازه مناسب سلولها به‌گونه‌اي انتخاب شدند تا نتايج حاصل از تحليل عددي با نتايج آزمايشگاهي با دقت مناسبي منطبق گردد. نتايج مدلسازي عددي همبستگي 98% با نتايج آزمايشگاهي داشت. سپس مدل عددي مخازن با ابعاد بزرگ در نرم‌افزار آباكوس ايجاد و با متغيرهاي مدلسازي كه در مرحله صحت سنجي نهايي گرديده بود، تحليل گرديد. مدل عددي از مخازن هوايي با سه نسبت مختلف از ارتفاع سيال درون مخزن و شعاع به مقدار ارتفاع كل مخزن در نرم افزار ايجاد گرديدند. همچنين زاويه كف با افق در كليه مخازن 45 درجه در نظر گرفته شده و مورد ارزيابي قرار گرفت. هركدام از اين حالت ها با 7 شتاب‌نگاشت مختلف از زلزله‌هاي متفاوت بارگذاري گرديدند. در كليه اين مخازن، اثر مؤلفه قائم زلزله بر مقادير ارتفاع موج و ممان ايجاد شده در پايه با حالت بدون احتساب اثر مولفه قائم زلزله مقايسه گرديد. نتايج نشان داد كه احتساب مولفه قائم زلزله منجر به افزايش ارتفاع موج به ميزان 38% و افزايش گشتاور در پايه به ميزان 9% ميگردد.

In seismic analysis, vertical component of the earthquake due to the impact on fluid sloshing in a tank and intensifying of "P-delta" effects is of particular importance. In order to investigate the performance of the tank and the impact of the fluid surface sloshing, harmonic frequencies were applied to a tank of of water with 60 cm in diameter and different depths of water. Different frequencies were applied to the tank by an innovative tool. Abacous is a structural soft-ware which is capable to model numerically the interaction of structure and fluid. Verification and calibration of numerical model was performed by comparing water level fluctuations in experimental and numerical models. Different combinations of parameters such as hourglass coefficient, methods of grid generations and the cell sizes in numerical model were performed to obtain the consistent results with experiments. The results of numerical modeling had a correlation factor of 98% with laboratory results. Then, the numerical model of elevated tanks with large scales were created in software The numerical model of elevated tanks with three different ratios of fluid depth and tank radiuses to the tank height were created and modeled by software. The angle of the floor in all tanks was 45 degrees. Each case was evaluated by7 different mapping acceleration from different earthquakes. In all cases the effect of vertical component of earthquake, the wave height and moment in foundation were investigated. The results showed that the vertical component of the earthquake resulted in an increase of 38% in the height of water and 9% increase in the moment of foundation.