ارزیابی رفتار دینامیکی مخازن استوانه ای فولادی تحت اثر زلزله های دور و نزدیک گسل

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 کارشناس ارشد، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

10.22065/jsce.2020.170063.1772

چکیده

طراحی، ساخت و نگه داری مخازن نگه دارنده سیالات که بطور گسترده برای ذخیره انواع مایعات در کارخانه های صنعتی و مجتمع های نفتی ازجمله انبارهای نفت و غیره بکار برده می شوند از اهمیت بسزایی برخوردار است. تجربه زلزله های گذشته در کشورهای ژاپن، ایالات متحده و ترکیه نشان می دهد، اینگونه مخازن در مقابل حرکات زمین لرزه ها بسیار آسیب پذیر بوده و مطالعات آسیب پذیری و مقاوم سازی آنها از اهمیت زیادی برخوردار است. به دلیل پیچیدگی اثرات زمین لرزه و تاثیر پارامترهای متعدد زلزله ازجمله محتوای فرکانسی آن در آسیب پذیری مخازن نگه دارنده مایعات، سیستم مخازن نیازمند مطالعه و تحلیل های دقیق تر تحت زمین لرزه های دور و نزدیک می باشند. لذا در این تحقیق اثرات محتوای فرکانسی متفاوت زلزله های دور و نزدیک با در نظر گرفتن مولفه های افقی زلزله ها بر رفتار مخزن استوانه ای فولادی حاوی سیال با نسبت ارتفاع به قطر 4/0 ثابت در تکیه گاه مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور، جهت تحلیل دینامیکی مخزن مورد نظر از تحلیل تاریخچه زمانی استفاده شده است. مدل سازی مخزن و سیال با استفاده از روش المان محدود در نرم افزار آباکوس، با در نظر گرفتن اثرات اندرکنش سازه و سیال به روش جرم افزوده انجام شده است. نتایج حاکی از آن است که تفاوت قابل ملاحظه ای در پاسخ سیستم مخزن-سیال با در نظر گرفتن اثرات همزمان مولفه های افقی زلزله وجود دارد. همچنین پاسخ سیستم مخزن-سیال در برابر زلزله ها با محتوای فرکانسی متفاوت دارای تفاوت قابل ملاحظه ای می باشد بنابراین در نظر گرفتن اثر همزمان مولفه های مختلف و نیز محتوای فرکانسی مختلف در تحلیل و طراحی این نوع مخازن قویا توصیه می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Seismic Behavior of Steel Liquid Storage Tanks under Near and Far Fault Earthquakes

نویسندگان [English]

  • Reza Tarinejad 1
  • Azizeh Hosseinjani 2
1 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering. University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Graduate Student, Faculty of Civil Engineering. University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Design, construction and maintenance of liquid storage tanks, which have been extensively used to store liquid in industrial factories, oil refineries and petrochemical sites, are crucial. Vulnerability of liquid storage tanks have been recognized regarding to the experiences of major earthquakes occurred specifically in Japan, United states and Turkey. Therefore, evaluation of seismic responses of steel storage tanks is important. In this research, due to the complexity of ground motion behavior and the effects of different parameters such as frequency content of excitations on damage assessment of liquid storage tanks, more precise seismic analyses under near-fault and far-fault ground motions considering bi-directional horizontal components is carried out. For this purpose, the fixed base steel liquid storage tanks with height to diameter ratio equal to 0.4 is considered. The finite element analysis of the tank-liquid is carried out using ABAQUS software considering fluid-structure interaction based on added-mass method and nonlinear time history analysis. Significant difference between the seismic responses of the tank to uni-directional and bi-directional earthquake is obtained. More interestingly, the effect of frequency content of excitations on the dynamic response of steel liquid storage tanks are discussed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Finite element method
  • Added mass
  • Steel Tank
  • Dynamic analysis
  • Near fault
  • Far fault
 [1] Housner, G. W.  (1957). Dynamic pressures on accelerated fluid containers, Bulletin of the Seismological Society of America, Volume(4), page(15-35).
 [2] Housner, G. W. (1963). The dynamic behavior of water tanks, Bulletin of the Seismological Society of America, Volume(53), page(381-387).
 [3] Veletsos, A. S. and Yang, J. Y. (1977). Earthquake response of liquid storage tanks, Proceedings of the Second Engineering Mechanics Specialty Conference, ASCE, Raleigh, page(1-24).
 [4] Haroun, M. A. and Housner, G. W. (1981). Seismic design of liquid storage tanks, ASCE J Tech Counc, volume(107), page(191-207).
 [5] Veletsos, A. S.  (1990). Seismic response of anchored steel tanks, Proceedings of the Third Symposium on Current Issues Related to Nuclear Power Plant Structures, Equipment and Piping (Gupta, A. K. Ed.), North Carolina State University, page(2-15).
 [6] Fischer, F. D. and Rammerstorfer, F. G. and Scharf, K. (1991). Earthquake Resistant Design of Anchored and Unanchored Liquid Storage Tanks under Three-Dimensional Earthquake Excitation, G.I. Schuëller (Ed.), Springer Verlag, Berlin.
 [7] Liu, W. K. and Lam, D.  (1983). Nonlinear analysis of liquid filled tank, ASCE Journal of Engineering Mechanics, volume(109), page(1344-57).
 [8] Natsiavas, S. Babcock, C. D. (1987). Buckling at the top of a fluid-filled tank during base excitation, ASME Journal of Pressure Vessel Technology, volume(109), page(374-80).
[9] Nagashima, H.  Kokubo, K. Takayanagi, M.  Saitoh, K. Imaoka, T. (1987). Experimental study on the dynamic buckling of cylindrical tanks [Comparison between static buckling and dynamic buckling], JSME International Journal, volume(30), page(737-46).
 [10] Redekop, D. Mirfakhraei, P. Muhammad, T. (2002). Nonlinear analysis of anchored tanks subject to equivalent seismic loading, In: Proceedings of the ASME pressure vessels and piping conference, volume(442), page(157-63).
 [11] Virella, J. C. Godoy, L. A. Su´arez, L. E. )2006). Dynamic buckling of anchored steel tanks subjected to horizontal earthquake excitation, . Journal of Constructional Steel Research, volume(62), page(521–531).
 [12] Virella, J. C.  Godoy, L. A.  Su´arez, L. E. (2006). Fundamental modes of tank–liquid systems under horizontal motions, Engineering Structures, volume(28), page(1450-61).
 [13] Kianoush, M. R. Ghaemmaghami, A. R. (2011). The effect of earthquake frequency content on the seismic behavior of concrete rectangular liquid tanks using the finite element method incorporating soil– structure interaction, Engineering Structures, volume(3), page(186-200).
 [14] Buratti, N. Tavano, M. ( 2013). Dynammic bukling and seismic fragility of anchored steel tanks by the added mass method, Journal of the international association for earthquake engineering.
 [15] Djermane, M. (2014). Dynamic buckling of steel tanks under seismic excitation: Numerical evaluation of code provisions, Engineering Structures, volume(70), page(181-96).
 [16] Mandal, K. K. Maity, D. (2015). Nonlinear finite element analysis of elastic water storage tanks, Engineering Structures, volume(99), page(666-76).
 [17] Veletsos, A. S. Shivakumar, P. (1997). Dynamic response of tanks containing liquids or solids. Department of Civil Engineering, Rice University, Houston, Texas,.
 [18] Veletsos, A. S.) 1984(. Seismic response and design of liquid storage tanks. Guidelines for the Seismic Design of Oil and Gas Pipeline Systems, ASCE, New York, page(255-370).
 [19] Hudson, D. E. Housner, G. W. (1958). An analysis of strong motion accelerometer data from the San Francisco earthquake of March 22, 1957, Bull. Seism. Soc. Am, volume(48), page(253-68).
 [20] Virella, J. C. Godoy, L. A. Su´arez, L. E. (2005). Effect of pre-stress states on the impulsive modes of vibration of cylindrical tank-liquid systems under horizontal motions, Journal of Vibration and Control.
 [21] PEER. Pacific Earthquake Engineering Research Center. Ground motion database, NGAWEST2 project. Accessed on 4 July 2015 http://ngawest2.berkeley.edu.
 [22] Baker, J. W. (2007). Quantitative classification of near-fault ground motions using wavelet analysis, Bulletin of the Seismological Society of America, volume(97), page(1486–1501).
 [23] Shahi, S. K. (2013). A probabilistic framework to include the effects of near-fault directivity in seismic hazard assessment. Ph.D. Dissertation. Stanford University, Stanford, CA.
 [24] American Society of Civil Engineers (ASCE)., (2010). Minimum design loads for buildings and other structures, ASCE 7-10. Reston, VA