تشخیص رفتار لرزه ای مخازن روزمینی فولادی استوانه ای تحت پارامتر های سازه ای مخازن

چکیده:
مخازن ذخیره سیال از اجزاء بسیار مهم در شرایانهای حیاتی به حساب می آیند. با توجه به آسیب های وارده از طرف زمین لرزه های گذشته بر مخازن بررسی لرزه ای این مخازن و طرح مخازن مقاومتر در برابر زمین لرزه ها ضروری می باشد. محققان زیادی از گذشته تا کنون بر روی جنبه های مختلف رفتار مخازن تحقیق نموده اند اما هنوز نیز جنبه های گسترده ای از رفتار مخازن خصوصا رفتار لرزه ای آن ها ناشناخته می باشد. در این تحقیق به بررسی تأثیر ضخامت ورق های دیواره مخزن و همچنین تأثیر نوع فولاد مورد استفاده در دیواره مخازن بر روی رفتار لرزه ای مخازن ذخیره سیال استوانه ای رو زمینی فولادی در دو حالت مهار شده و مهار نشده می پردازیم، همچنین مورد دیگری که در این تحقیق مورد بررسی قرار می گیرد تأثیر تراز سطح آب شامل حالات پر و نیمه پر و خالی بر رفتار لرزه ای مخازن می باشد. برای این منظور از دو نوع مخزن عریض و بلند با نسبت ارتفاع به قطر های0.343 و1.53 استفاده شده است که این مخازن تحت 3 شتاب نگاشت منتخب قرار گرفته اند. برای تحلیل مسئله از روش المان های محدود به کمک نرم افزار المان محدود ABAQUS استفاده شده و برای مدل سازی مجموعه سیال ,مخزن ,پی و خاک از روش مدل سازی مستقیم استفاده شده است، به این ترتیب تمامی اندرکنش های موجود یعنی اندرکنش های سیال- سازه- خاک لحاظ گردیده اند. همچنین برای مدل سازی خاک از مدل رفتاری دراگر-پراگر استفاده شده و در اطراف توده خاک و در فاصله ای مناسب به منظور جلوگیری از بازگشت امواج از مرزهای جاذب استفاده شده است.

فهرست مطالب
 عنوان صفحه
چکیده...................................... .....1
فصل 1- مقدمه....... 2
1-1- مقدمه و ضرورت مطالعه 3
1-2- آشنایی با مخازن ذخیره سیال 4
1-2-1- تاریخچه ایجاد مخازن 4
1-2-2- دسته بندی مخازن 8
1-2-2-1- تقسیم بندی مخازن از لحاظ جنس دیواره مخزن : (بتنی- فولادی-چوبی) 8
1-2-2-2- تقسیم بندی مخازن از لحاظ وضعیت قرار گیری 8
1-2-2-3- تقسیم بندی مخازن از لحاظ شکل آنها 8
1-2-2-4- تقسیم بندی مخازن از لحاظ نسبت قطر به ارتفاع مخزن 9
1-2-2-5- تقسیم بندی مخازن از لحاظ نوع پی و نحوه قرار گیری مخزن بر روی پی 9
1-2-2-6- تقسیم بندی مخازن از لحاظ نوع سقف آنها 10
1-2-3- آسیب های محتمل وارده به مخازن 11
1-3- اهداف تحقیق 12
1-4- نحوه رویکرد به تحقیق و گستره کار 13
فصل 2- مروری بر تاریخچه مطالعات صورت گرفته 14
2-1- مرور تحقیقات گذشته 15
2-2- مدل هاوسنر 20
2-3- مدل ولتسوس 24
2-3-1- نتایج تحلیل مخازن صلب 24
2-3-2- نتایج تحلیل مخازن انعطاف پذیر 26
2-4- مدل ملهوترا 27
فصل 3- مدل سازی و صحت سنجی مدل 30
3-1- روش مدل سازی 31
3-1-1- المان میراگر 32
3-2- مدل سازی خاک 32
3-2-1- تعریف مصالح خاک و مشخص نمودن مدل خاک(بر اساس صفحه کسیختگی خاک) 32
3-2-2- مدل میرایی خاک 34
3-2-3- مرز های جاذب 34
3-3- مدل سازی مخزن 37
3-4- مدل سازی سیال 39
3-5- بحث در مورد اندر کنش های موجود 39
3-6- صحت سنجی مدل سیال و مخزن 42
3-6-1- اعمال وزن سیال و بررسی صحت توزیع فشار هیدرواستاتیکی در کف مخزن 42
3-6-1-1- بررسی نتایج مخزن عریض 42
3-6-1-2- بررسی نتایج مخزن بلند 43
3-6-2- اعمال شتاب افقی ثابت و بررسی شیب سطح سیال 44
3-6-2-1- بررسی نتایج مخزن عریض 44
3-6-2-2- بررسی نتایج مخزن بلند 45
3-6-3- اعمال شتاب هارمونیک برای محاسبه پریود نوسانی سطح سیال 46
3-6-3-1- نتایج مخزن عریض. 47
3-6-3-2- نتایج مخزن بلند...... .................................................................................................................48
3-6-4- بررسی میزان تنش های محیطی ایجاد شده در پوسته مخزن 49
3-6-4-1- بررسی نتایج مخزن عریض 50
3-6-4-2- بررسی نتایج مخزن بلند 52
3-6-5- صحت سنجی کلی سیستم سیال-مخزن- پی 53
3-6-5-1- مشخصات مخزن و تحریک در تحقیق آزمایشگاهی کمبرا: 54
3-6-5-2- مدل سازی مدل آزمایشگاهی در برنامه المان محدو ABAQUS 55
فصل 4- تحلیل و ارائه نتایج 57
4-1- روش تحلیل در نرم افزار ABAQUS 58
4-2- رکورد های انتخابی 59
4-3- معرفی تمامی آنالیز های مد نظر 60
4-4- تحلیل و نتایج آن 62
4-4-1- پارامترهای هدف در تحلیل 62
4-5- بررسی اثر جنس مصالح مصرفی بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی 64
4-5-1- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Kobe 64
4-5-2- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Northridg 65
4-5-3- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Manjil 66
4-5-4- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Kobe 67
4-5-5- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Northridg 68
4-5-6- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Manjil 69
4-5-7- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Kobe 70
4-5-8- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Northridge 71
4-5-9- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Manjil 72
4-5-10- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Kobe 73
4-5-11- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Northridge 74
4-5-12- بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Manjil 75
4-6- بررسی اثر ضخامت دیواره مخزن بر رفتار لرزهای مخازن رو زمینی فولادی 76
4-6-1- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Kobe 76
4-6-2- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Northri 77
4-6-3- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Manjil 78
4-6-4- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Kobe 79
4-6-5- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Northri 80
4-6-6- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Manjil 81
4-6-7- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Kobe 82
4-6-8- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Northridg 83
4-6-9- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Manjil 84
4-6-10- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Kobe 85
4-6-11- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Northridge 86
4-6-12- بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Manjil 87
4-7- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی 88
4-7-1- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Kobe 88
4-7-2- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Northrid 89
4-7-3- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Manjil 90
4-7-4- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Kobe 91
4-7-5- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Northrid 92
4-7-6- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Manjil 93
4-7-7- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Kobe 94
4-7-8- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Northridge 95
4-7-9- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Manjil 96
4-7-10- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Kobe 97
4-7-11- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Northridge 98
4-7-12- بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Manjil 99
4-8- بررسی اثر مهار شدگی و مهار نشدگی بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی 100
4-8-1- بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن عریض تحت زلزله Kobe 100
4-8-2- بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن عریض تحت زلزله Northridge 101
4-8-3- بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن عریض تحت زلزله Manjil 102
4-8-4- بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن بلند تحت زلزله Kobe 103
4-8-5- بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن بلند تحت زلزله Northridge 104
4-8-6- بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن بلند تحت زلزله Manjil 105
فصل 5- بررسی و تفسیر نتایج 106
5-1- بررسی اثر جنس مصالح مصرفی بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی 107
5-1-1- مخازن عریض 107
5-1-1-1- مخازن مهار نشده.... 107
5-1-1-2- مخازن مهار شده..... 107
5-1-2- مخازن بلند.. 108
5-1-2-1- مخازن مهار نشده.... 108
5-1-2-2- مخازن مهار شده..... 108
5-2- بررسی اثر ضخامت دیواره مخزن بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی 109
5-2-1- مخازن عریض 109
5-2-1-1- مخازن مهار نشده.... 109
5-2-1-2- مخازن مهار شده..... 109
5-2-2- مخازن بلند.. 110
5-2-2-1- مخازن مهار نشده.... 110
5-2-2-2- مخازن مهار شده..... 110
5-3- بررسی اثر سطح تراز سیال بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی 110
5-3-1- مخازن عریض 110
5-3-1-1- مخازن مهار نشده.... 110
5-3-1-2- مخازن مهار شده..... 111
5-3-2- مخازن بلند... 111
5-3-2-1- مخازن مهار نشده....... 111
5-3-2-2- مخازن مهار شده...... 111
5-4- بررسی اثر مهار شدگی و مهار نشدگی بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی 111
5-4-1- مخازن عریض 111
5-4-2- مخازن بلند.. 112
5-5- پیشنهادات 113
مراجع :.............. 114

فهرست شکل های موجود
عنوان صفحه
شکل ‏1 1 – بشکه های چوبی اولیه(سمت راست) ، بشکه های فلزی (سمت چپ) 4
شکل ‏1 2 – نمونه ای از مخازن استوانه ای فولادی 7
شکل ‏1 3 – نمونه ای از مخازن تحت فشار کره ای 9
شکل ‏1 4 – کمانش الماسی(سمت راست) و کمانش پافیلی(سمت چپ) 10
شکل ‏1 5 - مواردی از آسیب های متداول در مخازن 12
شکل ‏2 1 - مخزن استوانه‌ای در ارتفاع و پلان 21
شکل ‏2 2 – مدل ساده شده جرم و فنر هاوسنر 23
شکل ‏2 3 - مدل ساده شده سیال- سازه ولتسوس 25
شکل ‏2 4 - مدل مخزن ملهوترا 27
شکل ‏2 5- ضرایب ضربانی و نوسانی 28
شکل ‏2 6 - ارتفاع مؤلفه های ضربانی و نوسانی 29
شکل ‏2 7 - جرم های ضربانی و نوسانی 29
شکل ‏3 1 – مدل دراگر – پراگر خطی 33
شکل ‏3 2 - برش پیاده سازی شرایط مرزی لایسمر 35
شکل ‏3 3 - پلان پیاده سازی شرایط مرزی لایسمر 36
شکل ‏3 4 - مدل خاک و مرزها ی جاذب 36
شکل ‏3 5 – شکل عمومی مخازن 37
شکل ‏3 6 – مشخصات ظاهری و ابعاد مخازن-الف : مخزن عریض ب : مخزن بلند 38
شکل ‏3 7 –نمونه مدل نهایی مجموعه سیال مخزن و پی– الف) مخزن عریض ب) مخزن بلند 40
شکل ‏3 8 – نمایی کامل از مدل سازی- مخزن عریض 41
شکل ‏3 9 – نرخ اعمال وزن سیال 42
شکل ‏3 10 – نمای مخزن کمبرا 54
شکل ‏3 11 – شتاب نگاشت El Centro 54
شکل ‏4 1 – نقاط هدف برای ثبت نتایج در تحریک یک جهته 62





فهرست نمودارهای موجود
عنوان صفحه
نمودار ‏3 1 - مقایسه فشار هیدرواستاتیک کف مخزن عریض با مقدار تئوری 43
نمودار ‏3 2 - مقایسه فشار هیدرواستاتیک کف مخزن بلند با مقدار تئوری 43
نمودار ‏3 3 – نرخ اعمال شتاب افقی ثابت 44
نمودار ‏3 4 – مقایسه بالا زدگی سطح سیال در مخزن عریض 45
نمودار ‏3 5 - مقایسه بالا زدگی سطح سیال در مخزن بلند 46
نمودار ‏3 6 – نرخ اعمال شتاب 46
نمودار ‏3 7 - نمودار محاسبه ضریبK 47
نمودار ‏3 8 – نوسان نقطه سمت چپ سیال 47
نمودار ‏3 9 – نوسان نقطه سمت راست سیال 48
نمودار ‏3 10 –نوسان سمت چپ سیال 48
نمودار ‏3 11 – نوسان سمت راست سیال 49
نمودار ‏3 12 – نرخ افزایش فشار هیدرواستاتیکی 50
نمودار ‏3 13 – مقایسه روند افزایش تنش حلقوی در المان های میانه عرض ورق ها در مخزن عریض الف)mm 20t= ب) mm16t= ج)mm 12t= د)mm 8t= 51
نمودار ‏3 14 – مقایسه روند افزایش تنش حلقوی در المان های میانه عرض ورق ها در مخزن عریض الف)mm 16t= ب) mm12t= ج)mm 8t= د)mm 6t= 53
نمودار ‏3 15 – نتایج بلند شدگی پی در مدل المان محدود از تحقیق آزمایشگاهی کمبرا 55
نمودار ‏4 1 – نمای گرافیکی شتاب نگاشت های منتخب 60
نمودار ‏4 2 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Kobe 64
نمودار ‏4 3 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Northridge 65
نمودار ‏4 4 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Manjil 66
نمودار ‏4 5 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Kobe 67
نمودار ‏4 6 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Northridge 68
نمودار ‏4 7 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Manjil 69
نمودار ‏4 8 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Kobe 70
نمودار ‏4 9 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Northridge 71
نمودار ‏4 10 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Manjil 72
نمودار ‏4 11 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Kobe 73
نمودار ‏4 12 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Northridge 74
نمودار ‏4 13 - اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Manjil 75
نمودار ‏4 14 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Kobe 76
نمودار ‏4 15 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Northridge 77
نمودار ‏4 16 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Manjil 78
نمودار ‏4 17 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Kobe 79
نمودار ‏4 18 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Northridge 80
نمودار ‏4 19 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Manjil 81
نمودار ‏4 20 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Kobe 82
نمودار ‏4 21 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Northridge 83
نمودار ‏4 22 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Manjil 84
نمودار ‏4 23 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Kobe 85
نمودار ‏4 24 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Northridge 86
نمودار ‏4 25 - اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Manjil 87
نمودار ‏4 26 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Kobe 88
نمودار ‏4 27 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Northridge 89
نمودار ‏4 28 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Manjil 90
نمودار ‏4 29 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Kobe 91
نمودار ‏4 30 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Northridge 92
نمودار ‏4 31 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Manjil 93
نمودار ‏4 32 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Kobe 94
نمودار ‏4 33 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Northridge 95
نمودار ‏4 34 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Manjil 96
نمودار ‏4 35 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Kobe 97
نمودار ‏4 36 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Northridge 98
نمودار ‏4 37 - اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Manjil 99
نمودار ‏4 38 - اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن عریض تحت زلزله Kobe 100
نمودار ‏4 39 - اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن عریض تحت زلزله Northridge 101
نمودار ‏4 40 - اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن عریض تحت زلزله Manjil 102
نمودار ‏4 41 - اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن بلند تحت زلزله Kobe 103
نمودار ‏4 42 - اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن بلند تحت زلزله Northridge 104
نمودار ‏4 43 - اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن بلند تحت زلزله Manjil 105

فهرست جداول موجود
عنوان صفحه
جدول ‏1 1 – استاندارد های مختلف API برای انواع مخازن 5
جدول ‏3 1- مشخصات توده خاک 33
جدول ‏3 2 – مخازن مدل شده 37
جدول ‏3 3 – مشخصات فولاد مورد استفاده 38
جدول ‏3 4 – مقایسه نتایج آزمایشگاهی با مدل المان محدود 56
جدول ‏4 1 – شتاب نگاشتهای انتخابی 60
جدول ‏4 2- تمامی آنالیز های مد نظر 61
جدول ‏4 3- پارامتر های ثبت شده در تحریک یک جهته 63

کلمات کليدي: مخازن ذخیره سیال, تحلیل لرزه ای, روش المانهای محدود, اندرکنش سیال-سازه- خاک