وبلاگ

مخازن هوایی ذخیره مایعات، نه تنها برای ذخیره آب، بلکه برای ذخیره مواد شیمیایی و سمی، در اشکال مختلف بکار می­روند. با در نظر گرفتن کاربرد این سازه­ها در عمران و شهرسازی و شبکه­ های صنعتی، اهمیت آن ها، قبل و بعد از وقوع زلزله مشخص می­گردد. اهمیت این سازه­ها از آنجاست که وظیفه مهمی چون آبرسانی، به عهده این مخازن می­باشد. همچنین در هنگام وقوع زلزله، اگر شکستی در مخازن ذخیره مواد شیمیایی و سمی رخ دهد، باعث ایجاد ضررهای محیطی و طبیعی می­گردد.
با توجه به پیچیدگی رفتار این سازه­ها، نیاز به بررسی­ها و مطالعات بیشتری در این نوع مخازن احساس می­ شود. این پیچیدگی­ها، بیشتر مربوط به اندر کنش بین آب و سازه می­باشد.
تعدادی از این مخازن در زلزله سال 1990 منجیل (در شهر رشت و بندر انزلی) و در سال 2003 بم سقوط کرده یا خسارت دیده­اند. زمانی که مخزن ذخیره مایع به لرزش می­افتد، نیروهای هیدرودینامیکی در سطح تماس بین آب و دیوارهای سازه ایجاد می­ شود؛ که مقدار این نیروها وابسته به شتابی است که مخزن از طرف زمین دریافت می­ کند. در مخازن مرتفع علاوه بر این نیروها، جرم مخزن که در قسمت بالایی سازه نگهدارنده قرار دارد، لنگری به پای سازه نگهدارنده منتقل می­ کند. زوال در مخازن مرتفع، عمدتاً به علت لنگر ایجاد شده در پای سازه نگهدارنده می­باشد. این لنگر باعث زوال موضعی یا کلی سیستم می­ شود.
با داشتن مشخصات سازه­ی مخزن بتنی مرتفع، که در زلزله سال 1990 منجیل (در شهر رشت) و در سال 1990 منجیل به زوال رسیده است، آن را مدل می­کنیم. نیروهایی را که
 می­بایست به سازه اعمال کنیم، شامل نیروهای استاتیکی و نیروهای دینامیکی می­ شود. نیروهای استاتیکی شامل وزن سازه و وزن آب داخل مخزن می­باشد. نیروهای دینامیکی، که منشا پیدایش آنها حرکت زمین است؛ شامل نیروهای ناشی از جرم سازه، جرم آب ثابت و جرم آب متحرک می­باشد.
اعمال نیروهای هیدرو دینامیکی به سازه، به دو روش کلی می ­تواند صورت بگیرد:
1- بصورت استاتیکی (با بهره گرفتن از آیین­نامه­ های مختلف)
2- بصورت دینامیکی
بعد از آنکه نیروها به سازه اعمال شد، نوبت به بررسی تنش­ها، نیروهای داخلی سازه و در نهایت تشخیص مکانیزم شکست سازه می­رسد.

شکست سازه به دو نوع صورت می پذیرد:
1- شکست خمشی: شکست خمشی معمولاً با تسلیم میلگرد همراه می­باشد. در این حالت، کاهندگی مقاومت در حلقه­های پسماند دیده نمی­ شود، اما کاهندگی سختی ناشی از تسلیم میلگردها مشخص می­باشد. در شرایطی که دیوار تحت نیروی فشاری نیز قرار گیرد شکست خمشی، با خرد شدن بتن فشاری همراه است؛ در این حالت علاوه بر کاهش سختی کاهش مقاومت نیز به وجود می­آید.
2- شکست برشی: دیوارهائی که نسبت ابعاد (ارتفاع به طول) کمی دارند، دچار شکست برشی می­گردند، در این حالت دیوارها دچار ترک­های قطری می­شوند. مود شکست در این حالت به صورت ترد در پای دیوار رخ می­دهد.
با تشخیص نوع و چگونگی شکست، بحث بهسازی مخزن مطرح می­ شود.
امروزه نگهداری و مرمت سازه­ها، به دلیل هزینه­ های بالای ساخت آنها، اهمیت بسیار زیادی پیدا نموده است، به همین دلیل و به علت نیاز روز افزون مهندسین و متخصصین صنعت ساختمان به تقویت، ترمیم و بهسازی سازه­های بتنی، روش­های مختلف و متعددی برای این موضوع مطرح گشته است. از جمله روش­های مقاوم­سازی لرزه­ای سازه­های بتنی، استفاده از کامپوزیت­های FRP می­باشد. از جمله مزیت­های این مواد، سادگی اجرا در عین سرعت عمل بالا، وزن کم، مقاومت کششی بالای ورق­ها، مقاومت در برابر خوردگی، جذب ارتعاشات و افزایش مقاومت و استحکام سازه (خصوصاً در مقابل بارهای دینامیکی) می­باشد.
در قیاس با سایر روش­های مقاوم سازی، می­توان به عملکرد مناسب سازه­ای و تسهیلات اجرایی آن اشاره نمود.
در این تحقیق می‌خواهیم با مشخص کردن رفتار مخازن بتنی ذخیره آب، مرتفع با بهره گرفتن از نرم­افزار المان محدود، مکانیزم شکست این سازه­ها را تشخیص دهیم. سپس جهت مقاوم­سازی لرزه­ای این مخازن با بهره گرفتن از کامپوزیت FRP، آن را مدلسازی مجدد کرده و تحت بارهای دینامیکی مورد کنترل و بررسی قرار دهیم.
بر تحقیقات گذشته
ساخت مخازن مرتفع (بصورت کامپوزیت) برای اولین بار در اواخر دهه 1970 در کشور کانادا شروع شد. در اواخر دهه ی 1980 آمریکا شروع به ساختن این نوع مخازن کرد. مباحث مخازن ذخیره آب مرتفع، در ادامه­ مباحث مطرح شده در ارتباط با مخازن ذخیره آب زمینی قرار دارند. ارتباط مستقیم بین آنها باعث می­ شود پشینه­ی مربوط به مخازن زمینی، که خود بخش اعظمی از پیشینه مخازن مرتفع می­باشد، در ابتدا مورد بررسی قرار گیرد.
در مبحث مخازن، یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار در طراحی، نیروهای هیدرودینامیکی هستند. اولین تحقیق عمده برای بدست آوردن نیروهای ناشی از زمین لرزه در مخزن­های دایره­ای حاوی مایعات، توسط جیکوبسن (Jacobsen)، در سال 1949 [1]، انجام گرفت. وی تابع بسل (Bessel) را بکار گرفت، وی معادله لاپلاس را برای حرکت مایع حل کرد، سپس برای فشار و نیروهای هیدرودینامیکی که بر سیلندر صلب وارد می­شوند، بیانی بدست آورد.
همان­طور که ذکر شد، مخزن صلب در نظر گرفته شده است، بنابراین از انعطاف پذیری
دیواره­ها صرف­نظر شده است. هاوزنر (Housner)، در سال 1957 [2]، فشارهای هیدرودینامیکی را بر دیوارهای مخزن با روش تحلیلی محاسبه کرد. سپس وی در سال 1963 فشار آب را با فنر و جرم مدل کرد. ولتسس (Veletsos)، در سال 1974 [3]، جواب
 انعطاف­پذیر مخزن را در نظر گرفت؛ وی بیانی برای فشار تکان دادنی صلب در حد مقدماتی لرزش بدست آورد. وی در این کار فرض کردکه سیستم یک درجه آزادی است. فیشر (Fischer)، در سال 1979 [4]، فشارهای هیدرودینامیکی را با در نظر گرفتن انعطاف­پذیری دیوارهای مخزن تاثیر بسزایی در به وجود آمدن امواج سطحی ندارد. ولی دلیل خود را بر پایه کم تاثیر بودن درگیری مودهای امواج و سازه بیان کرد. هارون و هاوزنر
 (Haroun & Housner)، در سال 1981 [5]، مدل اصلی هاوزنر را با در نظر گرفتن رفتار انعطاف­پذیر مخزن در مورد مقدماتی، ارائه دادند. هارون (Haroun) در سال 1985 [6]، با مدل کردن فنر و جرم مجزا جهت در نظر گرفتن اثرات امواج در نیروهای هیدرودینامیکی، مدل کاملتری را ارائه داد؛ درا ین مدل انعطاف­پذیری و جرم سازه، با اضافه کردن فنر و رم دیگری در نظر گرفته می­ شود. وی همچنین تحریک چرخشی را نیز در مدل خود مورد بررسی قرار داد. در تمام مدل­ها، تنها مود اول امواج در نظر گرفته شده بود. لازم به ذکر است که تنها مود اول پایه مدل سازی است و مودهای بعدی اهمیتی ندارد. ماهری و سورن (Maheri & Severn)، در سال 1988 [7]، تأثیر انعطاف­پذیری بر فشارهای هیدرودینامیکی را بررسی کردند، در این کار سعی بر آن شده است که بر پایه آزمایشات انجام شده، روشی پیشنهاد شود، که بتوان فشارهای هیدرودینامیکی را با در نظر گرفتن انعطاف­پذیری مخزن بدست آورد.
در آزمایش شک ناگهانی، شاهد اختلافات زیادی در مقادیر بدست آمده نسبت به مقادیر بدست آمده توسط روابط جیکوبسن هستیم، که نشان دهنده اثر انعطاف پذیری در پدید امدن نیروهای هیدرواستاتیکی است. ماهری و سورن (Maheri & Severn)، در سال 1991 [8]، روش جرم اضافه (added mass) را برای سازه­های انعطاف­پذیر بررسی کردند، این روش
سال­ها برای سازه­های صلب استفاده شده است. در بررسی آزمایشگاهی که ماهری و سورن در سال 1991 به انجام رسانیده­اند، تاثیر استفاده از این روش برای سازه­های انعطاف­پذیر، به صورت مقایسه­های با روش فشار- شتاب (pressure-acceleration) ارائه می­ شود.