توسعه منحنی‌های شکنندگی لرزه‌ای مخازن بتنی استوانه‌ای با استفاده از تحلیل غیرخطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی عمران، پژوهشکده سازه، پژوهشگاه بین المللی مهندسی زلزله و زلزله شناسی، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری ، گرایش سازه، دانشکده عمران، دانشگاه نوشیروانی بابل

3 دانشیار پژوهشکده مهندسی سازه پژوهشگاه بین المللی مهندسی زلزله و زلزله شناسی تهران ایران

چکیده

مطالعه گزارشات خرابی لرزه‌ای مخازن در زلزله‌های گذشته نشان می‌دهد که یکی از آسیب­های عمده در مخازن بتنی که معمولا برای ذخیره آب استفاده می­شوند، ترک‌خوردگی و نشت مایع درون آن می­باشد.از این رو، در مقاله حاضر، تحلیل و ارزیابی مخازن بتنی روزمینی، به منظور توسعه منحنی آسیب­پذیری برای این مخازن تحت بررسی قرار گرفته ­است.بدین منظور، تحلیل­های عددی غیرخطی با لحاظ کردن ترک‌خوردگی بتن، برای سه تیپ مخزن استوانه­ای بتنی با نسبت ارتفاع به قطر متغیر انجام شده است.سپس، منحنی­های شکنندگی مخازن برای عرض ترک بحرانی بر اساس توصیه نشریه 123 استخراج گردیده است. این منحنی­ها با نتایج تحقیقات قبلی که در حالت خطی و بدون لحاظ کردن ترک بدنه مخزن انجام شده است، مقایسه شده و در خصوص اثرات اعمال عرض ترک در آنالیزها بحث شده است.  نتایج حاکی از لزوم اعمال شرایط ترک‌خوردگی مخزن در انجام آنالیزهای دینامیکی فزاینده و استخراج منحنی­های شکنندگی دارد. در مخازن بلند در نظر گرفتن رفتار غیرخطی بتن در تحلیل‌ها حیاتی بوده و منحنی‌های شکنندگی بدست آمده با تحلیل خطی از اعتبار کمی برخوردار است. به طور کلی با افزایش نسبت ارتفاع به قطر مخازن مورد بررسی پژوهش از مخزن کوتاه به متوسط 25% و از مخزن متوسط به بلند 50% احتمال آسیب­پذیری مخازن بر اساس منحنی شکنندگی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Development of Seismic Fragility Curves of Cylindrical Concrete Tanks Using Nonlinear Analysis

نویسندگان [English]

  • shayan khosravi 1
  • Mohammad Mehdi Yousefi 2
  • mohammadali goudarzi 3
1 Master of Civil Engineering, Structural Research Institute, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology, Tehran, Iran
2 Noshirvani University, faculty of civil engineering
3 Associate Professor at Structural Engineering Research Center of IIEES
چکیده [English]

Fluid storage tanks are one of the most important components of vital lifelines, especially oil, petrochemical, and water transmission systems. The seismic behavior of liquid tanks in previous earthquakes shows that major damages in water reinforcement concrete tanks are shell cracking and consequential liquid leakage. In the present paper, the dynamic behavior of ground-supported concrete tanks is investigated to develop related fragility curves. The nonlinear numerical simulation is performed for three cases of concrete cylindrical tanks with variable height to diameter ratios. In these simulations cracking of concrete is considered as the damage criteria, and the fragility curves of the tanks for the critical crack width recommended by the Iranian code of 123 are developed. These curves are compared with those recommended by previous researchers and extracted from linear analyses. The results indicate that the three-dimensional iterative cracks and their effect on the total dynamic response of concrete storage tanks can considerably affect the shape of fragility curves which is generally used for mentioned network risk assessment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete tanks
  • nonlinear dynamic analysis
  • seismic fragility curve
  • Numerical modeling
  • Solid element
[1]    SYNER-G. "D8.10 - Guidelines for deriving seismic fragility functions of elements at risk: Buildings, lifelines, transportation networks and critical facilities."  (2013).
[2]    MR, HAZUS-MH. "Multi-hazard loss estimation methodology: Earthquake model." Department of Homeland Security, FEMA, Washington, DC (2003).Porter, Keith. "Beginner’s guide to fragility, vulnerability, and risk." Encyclopedia of earthquake engineering (2015): 235-260.
[3]    Bhargava, Kapilesh, A. K. Ghosh, and S. Ramanujam. "Seismic response and fragility analysis of a water storage structure." Nuclear engineering and design 235.14 (2005): 1481-1501.
[4]    Razzaghi, M. S., and S. Eshghi. "Development of analytical fragility curves for cylindrical steel oil tanks." Proccedings of the 14 Th World Conference on Earthquake Engineering. (2008).
[5]    Berahman, Farshad, and Farhad Behnamfar. "Probabilistic seismic demand model and fragility estimates for critical failure modes of un-anchored steel storage tanks in petroleum complexes." Probabilistic Engineering Mechanics 24.4 (2009): 527-536.
[6]    Razzaghi, Mehran S., and Alireza Mohebbi. "Predicting the seismic performance of cylindrical steel tanks using artificial neural networks (ann)." Acta Polytechnica Hungarica 8.2 (2011).
[7]    Colombo, J. I., and J. L. Almazán. "Seismic fragility curves for legged wine storage tanks with a novel isolation device." Procedia engineering 199 (2017): 564-569.
[8]    Yazdabad, Mohammad, Farhad Behnamfar, and Abdolreza K. Samani. "Seismic behavioral fragility curves of concrete cylindrical water tanks for sloshing, cracking, and wall bending." Earthquakes and Structures 14.2 (2018): 95-102.
[9]    Hajimehrabi, Hossein, et al. "Fragility curves for baffled concrete cylindrical liquid-storage tanks." Soil Dynamics and Earthquake Engineering 119 (2019): 187-195.
[10] ACI Committee 350.3-06, "Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures and Commentary" , Farmington Hills (MI,USA), American Concrete Institute, 2006.
[11] Technical Assistant, Office of Research and Technical Criteria, Planning and Budget Organization, "Criteria and Criteria for Designing and Calculating Groundwater Reservoirs", Review 123, 2015
[12] Munshi, J.A., "Design of Liquid-Containing Concrete Structures for Earthquake
Forces. " Portland Cement, USA, )2002(.
[13] Ru-deng, L. U. O. "Values of shear transfer coefficients of concrete element Solid65 in Ansys [J]." Journal of Jiangsu University (Natural Science Edition) 2 (2008): 018.
[14] Vasudevan, G., S. Kothandaraman, and S. Azhagarsamy. "Study on non-linear flexural behavior of reinforced concrete beams using ANSYS by discrete reinforcement modeling." Strength of materials 45.2 (2013): 231-241.
[15] Eads, Laura, et al. "An efficient method for estimating the collapse risk of structures in seismic regions." Earthquake Engineering & Structural Dynamics 42.1 (2013): 25-41.
[16] Wells, Donald L., and Kevin J. Coppersmith. "New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement." Bulletin of the seismological Society of America 84.4 (1994): 974-1002.
[17] Tehran Engineering and Engineering Consulting Organization Geotechnical and Resistance Materials Research Center, Department of Surface and Subsurface Studies, "Tehran Geotechnical Zoning Report" (2017).
[18] Vamvatsikos, Dimitrios, and C. Allin Cornell. Seismic performance, capacity and reliability of structures as seen through incremental dynamic analysis. Diss. Stanford University, 2002.
[19] Moslemi, M., and M. R. Kianoush. "Parametric study on dynamic behavior of cylindrical ground-supported tanks." Engineering Structures 42 (2012): 214-230.
[20] Baker, Jack W. "Efficient analytical fragility function fitting using dynamic structural analysis." Earthquake Spectra 31.1 (2015): 579-599.