فريبرز ناطقي الهي – منصور يخچاليان

1. بررسيعددي و آزمايشگاهي رفتار لرزه‌اي سيلوهايبتني با در نظر گرفتن اندركنشخاك - سازه و محتويات پژوهشگاه بينالمللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله فريبرزناطقيالهي – منصور يخچاليان گروه: ساختمان پژوهشکده سازه تاریخ تصویب گزارش: 1388 تاریخ اتمام: 1391 بررسيعددي رفتار لرزه‌ای سیلوهایبتنی با در نظر گرفتن اندرکنش مصالح دانه‌اي و سازه مقدمه تحقيقات انجام شده روي اثر زلزله بر سيلوها بسيار كم و اندك هستند در طول زلزله دیواره‌ سیلو تنشهای اضافی ناشی از توزیع‌ فشار نامتقارن در سیلو را تجربه می‌کند،آيين‌نامه‌هاي مختلف براي محاسبه نيروي زلزله وارده بر سيلوها روابط مختلفي را پيشنهاد كرده‌اند كه در اكثر آنها براي محاسبه برش پايه 80 درصد وزن مواد ذخيره شده در داخل سيلو بعنوان وزن موثر در تعيين نيروي زلزله در نظر گرفته شده است،ولي قسمت چهارم آيين‌نامهEurocode 8فشارهاي افقي ناشي از اثرات زلزله را با استفاده از روابط ساده شده در نظر مي‌گيرد. • در بخش مطالعات عددياندركنش مصالح دانه‌اي و سازه با در نظر گرفتن رفتار غيرخطيديوارهسيلو و رفتار غيرخطي مصالح دانه‌اي مورد بررسي قرار گرفته است. برايمدلسازي مصالح دانه‌اي ذخيره شده در داخل سيلو از تئوريهيپوپلاستيسيته و مدل هيپوپلاستيكون‌ولفرزدورف استفاده شده است، نتايج بدست آمده نشان مي‌دهند كهميزان خسارت وارده به سيلوتابعي از مشخصات مصالح ذخيره شده است كه عبارتند از: • ميزان تخلخل مصالح دانه‌اي • مقدار پارامتر n، اين پارامتر حساسيت مصالح دانه‌اي نسبت به فشار را در نظر مي‌گيرد. بدليل پيچيدگي‌هاي موجود در مدلسازي سيلوها با استفاده از روش اجزاء محدود از قبيل مدلسازي صريح مواد ذخيره شده در سيلو با مدل رفتاري مناسب، مدلسازي رفتار غيرخطي مصالح بتني ديواره سيلو و اندركنش خاك و سازه محققان كمتر به مدلسازي سيلوهاي بتني با استفاده از مدلهاي عددي پرداخته‌اند. در اين تحقيق سعي شده است رفتار لرزه‌اي سيلوهاي بتني با استفاده از مدلسازي به روش اجزاء محدود مورد بررسي قرار گرفته و به دنبال آن ضوابط ارائه شده در آيين‌نامه‌ها براي طراحي سيلوها ارزيابي شوند، در ادامه براي بررسي ضريب وزن موثر 80 درصد پيشنهاد شده در آيين‌نامه‌ها آزمايشهاي ديناميكي بر روي مدلهاي سيلوي كوچك مقياس نيز انجام شده‌اند. • مقايسه‌اي ميانمدلهاييكه در‌آنها اندركنش مصالح دانه‌اي و سازه در نظر گرفته شده و مدلهاييكه در آنها 80 درصد جرم مصالح دانه‌اي بصورتيكنواخت به ديوارهسيلو اعمال شده است نشان مي‌دهد كه: • در سيلوهاي با نسبت ارتفاع به قطر2 اين موضوع كه خسارت در مدليكه در آن از اثر اندركنش مصالح دانه‌اي و سازه صرفنظر شده بيشتر است يا خسارت در مدليكهاندركنش مصالح دانه‌اي و سازه را در نظر مي‌گيرد، به نوع ماسه در نظر گرفته شده به عنوان مصالح ذخيره شده در سيلوبستگي دارد. • در سيلوهاي با نسبت ارتفاع به قطر 5 خسارت در مدلهاييكه از اثر اندركنش مصالح دانه‌اي و سازه صرفنظر شده و 80 درصد جرم مصالح دانه‌اي بصورتيكنواخت به ديوارهسيلو اعمال شده كمتر از مدلهايديگر است. توزیع فشار در ارتفاع سیلو با فرض ثابت در نظر گرفتنكهنسبت پاسخ شتاب سيلو به شتاب ثقل در ارتفاع سيلو است شكل 2-مقايسهخسارت در كشش در مدلهايM2-A1 تا M2-A3 با نسبت ارتفاع به قطر 5 توزیع فشار در مقطع سیلو شكل 1-توزيع فشار ارائه شده در قسمت چهارم آيين‌نامهEurocode 8 بررسيعددي اضافه فشارهايناشي از زلزله در سیلوها با در نظر گرفتن اندرکنش مصالح دانه‌اي و سازه بررسيعددي رفتار لرزه‌ای سیلوهایبتنی با در نظر گرفتن اندرکنش مصالح دانه‌اي و سازه و اندركنشخاك و سازه برايبررسي اضافه فشارهايناشي از زلزله، پوش فشارهايديناميكيناشي از زلزله با فرض رفتار خطيديوارهسيلوبرايسيلوهايفولادي با نسبتهاي ارتفاع به قطر مختلف با توزيع فشار پيشنهاد شده در قسمت چهارم آيين‌نامه Eurocode 8مقايسه شده است، نتايج بدست آمده نشان مي‌دهند كه در يكسيلويكوتاه ثابت در نظر گرفتن نسبت پاسخ شتاب سيلو به شتاب ثقل در ارتفاع سيلوكه با نشان داده مي‌شود محافظه‌كارانه است در حاليكهاين فرض براييكسيلوي بلند محافظه‌كارانه نيست. • در ادامه علاوه بر مدلسازي رفتار لرزه‌اي سيلوها با در نظر گرفتن اندركنش مصالح دانه‌اي و سازه اثر اندركنشخاك و سازه نيز در مدلسازي در نظر گرفته شده است. برايمدلسازياندركنشخاك و سازه از مدل مخروط ناقص استفاده شده است. نتايج بدست آمده از در نظر گرفتن اندركنش مصالح دانه‌اي و سازه به همراه اندركنشخاك و سازه نشان مي‌دهند كه: • برخلاف آنچه به نظر مي‌رسد در سازه‌هاي با سختي نسبتا زياد همانند سيلوها صرفنظر كردن از اثر اندركنشخاك و سازه محافظه‌كارانه نيست. • در نظر گرفتن ميرايي مصالح خاك در هنگاميكه اثر اندركنشخاك و سازه در نظر گرفته شده است خسارت وارد شده به مدل را كاهش مي‌دهد. مدل 1 جدول 1-مدلهای در نظر گرفته شده برای انجام تحلیل جدول 3-مدلهای در نظر گرفته شده برای انجام تحلیل مدل 2 جدول 2-نحوه مدلسازي M1-FB M1-SSI M1-SSI-SD شكل 3-مقايسهخسارت در كشش در مدلهاي گرو ء M1 مدل 3 مدل 2 مدل 1 مدل 3 شكل 4-مش‌بندي مدلهاي در نظر گرفته شده شكل 5-پوش فشارهای ديناميكي ایجاد شده در دو سمت راست و چپ سیلو در محل محور تقارن • آزمايشهايديناميكي بر رويمدلهايكوچكمقياس در قسمت مطالعات آزمايشگاهيآزمايشهايديناميكي بر رويمدلهايكوچكمقياس انجام شده‌اند. آزمايشهايديناميكيآزمايشهايچكشالكترونيكي و ميز لرزان را شامل مي‌شوند. نتايجآزمايشهايميز لرزان نشان مي‌دهند كهمشاركت جرم مصالح ذخيره شده در داخل سيلو در ارتعاش سيلوبيشتر از 80 درصد است كه به عنوان ضريب وزن موثر در آيين‌نامه ACI 313پيشنهاد شده است. به علاوه نتايجآزمايشهايديناميكي انجام شده نشان مي‌دهند كه در مدل يكسيلوي لاغر در حالتيكه مدل تقريبا پر باشد علاوه بر فركانسمود اول جانبيكه در آن مشاركت جرم مصالح دانه‌اي بيش از 90 درصد است، قله فركانسيديگري وجود دارد كه مقدار فركانس آن از فركانسمتناظر با مشاركت 100 درصد جرم مصالح دانه‌اي در ارتعاش مدل نيزكمتر است. آزمايشهاي انجام شده نشان مي‌دهند كهاين قله فركانسي در اثر ارتعاش قسمت بالايي مصالح دانه‌اي نسبت به ديوارهسيلوايجاد شده است. نتايجآزمايشهايميز لرزان نشان مي‌دهند كه با افزايش دامنه شتاب اعمال شده به مدل ميرايي مدل افزايش مي‌يابد. كرنكانتيg0/2 100% 80% 100% 90% شكل 8-تابع انتقال بدست آمده براي مدل 2 با استفاده از آزمايشچكش شكل 9-تابع انتقال بدست آمده براي مدل 4 در اثر اعمال زلزله كرنكانتي جدول 5-ضرايب جرم موثر بدست آمده از آزمايشهايديناميكي جدول 4-ابعاد و مشخصات مدلهاي مقياس شده • جمع‌بندي • نتايج بدست آمده از آزمايشهايديناميكي نشان مي‌دهند كهضريب جرم موثر 80 درصد كه در آيين‌نامه‌هايي مانند ACI 313و Eurocode 8برايطراحي لرزه‌اي سيلوهاپيشنهاد شده است در همه موارد محافظه‌كارانه نيست. با توجه به نتايجآزمايشها به نظر مي‌رسد در نظر گرفتن ضريب جرم موثري برابر با 90 درصد برايطراحي به خصوص در مدلهاي با نسبتهاي ارتفاع به قطر زياد مناسب‌تر است. لازم به ذكر است كهنتايج تحليل‌هاي انجام شده نيزاين موضوع را به خصوص برايمدلهاي با نسبت ارتفاع به قطر 5 تاييد مي‌كنند. • نتايج بدست آمده از تحليل‌ها نشان مي‌دهند كه در سازه‌هاي با سختي نسبتا زياد همانند سيلوها برخلاف آنچه به نظر مي‌رسد صرفنظر كردن از اثر اندركنشخاك و سازه محافظه‌كارانه نيست البته اين موضوع به شتاب ورودي اعمال شده به مدل نيز وابسته است و ممكن است هميشه صادق نباشد. • آيين‌نامه Eurocode 8ضريب را كهبيانگرتغيير شتاب در ارتفاع است براي محاسبه اضافه فشارهايناشي از زلزله مورد استفاده قرار مي‌دهد، اضافه فشارهاي بدست آمده از تحليل نشان مي‌دهند كه با افزايش نسبت ارتفاع به قطر سيلو ثابت در نظر گرفتن محافظه‌كارانه نيست. شكل 7-استفاده از ماسه به عنوان مصالح ذخيره شده در مدلها مدل 1 مدل 2 مدل 4 با تغيير در شرايط تكيه‌گاهي مدل 3 مدل 3 شكل 6-مدلهايآزمايشگاهي