بررسی رفتاردینامیکی لوله های مدفون خم دار افقی به روش عددی و آزمایشگاهی تحت اثر گسل امتدادلغز

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه سازه و زلزله ، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران ،ایران

2 گروه مهندسی عمران، واحد علوم و تحقیقات،دانشگاه آزاد اسلامی،تهران،ایران

3 گروه مهندسی عمران،دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی،تهران،ایران

4 گروه سازه و زلزله ، واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران ، ایران

10.22065/jsce.2019.148084.1657

چکیده

با توجه به اهمیت زیاد خطوط لوله‌های مدفون حامل انرژی در شبکه شریان‌های حیاتی،بررسی رفتار اینگونه سازه‌ها در برابر تحریکات دینامیکی ناشی از حرکت شدید زمین لازم می‌باشد. در این مقاله رفتار لرزه‌ای بخشی از یک لوله مدفون با خم افقی تحت اثر رکورد زلزله بم به صورت آزمایشگاهی و مدلسازی عددی با نرم افزار ABAQUS مورد مطالعه قرار گرفته است. لوله با استفاده از المان سه بُعدی چهار گره‌ای پوسته‌ای (Shell) و خاک با خواص الاستو پلاستیک مدلسازی شده است. در پی تحلیل‌های دینامیکی غیرخطی با اعمال رکورد زمین لرزه بم، مطالعات پارامتریک گسترده‌ای با توجه به قطر وضخامت‌های مختلف لوله فولادی انجام و مقادیر کرنش محوری و پلاستیک لوله خم‌دار افقی در محل نصب کرنش‌سنج‌ها با نتایج عددی در طول لوله مقایسه شده‌اند. همچنین فاصله تشکیل مفصل پلاستیک در لوله‌ها تا امتداد خط گسل نسبت به پارامترهای قطر و ضخامت بررسی و رابطه‌ ریاضی برای تعیین محل مفصل پلاستیک ارائه گردیده است. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی نشان می‌دهند غالباً در لوله‌های مدفون با خم افقی، بیشترین میزان کرنش محوری، کرنش پلاستیک و تنش در لوله، در گوه ثابت خاک و در نزدیکی محل گسل رخ می‌دهد. در لوله خم‌دار افقی با افزایش نسبت قطر به ضخامت(D/t)، فاصله تشکیل محل مفصل پلاستیک از محل گسل دورتر و نسبت کرنش محوری لوله فولادی به کرنش برشی خاک (p/sε)،کمتر می‌شود. مقدارکرنش های برشی در خاک با افزایش نسبت D/t لوله کاهش ولی وسعت توزیع آنها در قسمت میانی لوله و در محل تلاقی با گسل افزایش می یابد.با توجه به تحلیل نیروها و کرنش‌های حاصل از آزمایشات و مدل های عددی مشخص می-گردد مکانیسم خرابی لوله های مورد مطالعه به سبب کرنش محوری در لوله ها می باشد. تغییرشکل‌های طولیبوجود آمده در مدل‌ها به صورت S شکل و با افزایش نسبتD/t،کاهش می‌یابد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • masoud nekooei 1
  • Sahand Sarioletlagh Fard 2
  • Asghar VataniOskouei 3
  • Armin Azimi Nejad 4
1 Earthquake and Structure Engineering Department, Science and Research Branch, Islamic Azad university, Tehran, Iran
2 Department of Civil Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Department of Civil Engineering, ShahidRajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
4 Earthquake and Structure Engineering Department
چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dynamic analysis
  • non-linearanalysis
  • horizontal bent pipe
  • pipe-soil interaction
  • Finite elementanalysis
  • ABAQUS

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 22 دی 1397
  • تاریخ دریافت: 18 شهریور 1397
  • تاریخ بازنگری: 11 دی 1397
  • تاریخ پذیرش: 22 دی 1397