دانلود پایان نامه ارشد : بهسازی لرزه‌ای مخازن بتنی مرتفع ذخیره آب با بهره گرفتن از ورقه های FRP

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران

گرایش : سازه های هیدرولیكی

عنوان : بهسازی لرزه‌ای مخازن بتنی مرتفع ذخیره آب با بهره گرفتن از ورقه های FRP

دانشگاه شیراز

دانشکده مهندسی

پایان نامه ­ی کارشناسی ارشد در رشته­ ی مهندسی عمران – سازه های هیدرولیكی

 بهسازی لرزه‌ای مخازن بتنی مرتفع ذخیره آب با بهره گرفتن از ورقه های FRP

 استادان راهنما

دكتر محمود رضا ماهری

دکتر غلامرضا رخشنده رو

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

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.

در این پایان نامه در ابتدا با بررسی رفتار مخازن مرتفع بتنی ذخیره آب و  با بهره گرفتن از نرم­افزار المان محدود، ANSYS، مکانیزم شکست این سازه­ها مشخص گردیده اند. سپس جهت مقاوم­سازی لرزه­ای این مخازن با بهره گرفتن از کامپوزیت FRP، با مدلسازی مجدد، تحت بارهای دینامیکی مورد کنترل و بررسی قرار گرفته اند. مکانیزم شکست این مخازن از نوع شکست خمشی بدست آمد. محل این شکست در ابتدای شفت نگهدارنده‌ی بتنی می باشد. پس از آن با انتخاب 9 مدل، آنالیز استاتیکی غیر خطی فشار افزون و آنالیز دینامیکی تاریخچه ی زمانی بر روی آنها انجام گردید. سپس با بدست آوردن ضرایب شکل پذیری و تنش های بیشینه به مقایسه‌ی نتایج پرداخته شده است. با توجه به نتایج، مشخص می شود که ورقه های FRP توانایی بهسازی مخازن مورد مطالعه را دارند. در انتها، مدلهای برتر جهت بهسازی معرفی شده است. همچنین مشخص گردید که در صورت وجود فاکتورهای دیگری در ارائه ی طرح بهسازی (از جمله موقعیت لوله های اتصالی و …) طول و ضخامت ورقه‌های FRP مصرفی تغییر می کند. 

واژگان  کلیدی: مخزن بتنی مایعات، آنالیز فشار افزون، نمودار مقاوم سازی لرزه ای، FRP

فهرست مطالب

  عنوان                                                                                                        صفحه

 فصل اول: مقدمه ……………………………………………………………………………………….. 2

 فصل دوم:مروری بر تحقیقات گذشته…………………………………………………………………. 5

فصل سوم: مبانی تئوری

3-1-مقدمه………………………………………………………………………………………………….. 9

3-1-1-تعریف مخزن بتنی ……………………………………………………………………… 9

3-2- مثال‌های زوال مخازن مرتفع………………………………………………………………….. 10

3-2-1- گزارش زلزله منجیل درباره زوال و خسارت­های مخازن مرتفع………………………. 10

3-2-1-1-مخزن شماره یک ……………………………………………………………………………………. 10

3-2-1-2-مود زوال مخزن شماره یک…………………………………………………………………….. 11

3-2-1-3-مخازن شماره دو و سه …………………………………………………………………………… 11

3-2-1-4-مواد زوال مخزن شماره دو………………………………………………………………………. 12

3-2-1-5-مواد زوال مخزن شماره سه …………………………………………………………………… 12

3-2-2- زلزله BHUJ در سال 2001 …………………………………………………………………………. 13

3-2-3- زلزله بم در سال 2003 …………………………………………………………………………………. 15

3-3- رفتار مخازن مرتفع در برابر زمین لرزه ………………………………………………………. 17

3-3-1- خرابی‌های کلی در مخازن ذخیره مایعات و عوامل آن……………………………………. 18

3-4- محاسبه نیروها و بارگذاری………………………………………………………………………….. 18

3-4-1- بارهای وارده بر مخازن هوایی……………………………………………………… 18

3-4-2- نحوه محاسبه بارها…………………………………………………………………………… 19

3-4-2-1-بار مرده ……………………………………………………………………………… 19

عنوان                                                                                                        صفحه

 3-4-2-2-بار زنده……………………………………………………………………………………. 19

3-4-2-3-فشار استاتیکی سیال ……………………………………………………………………………… 19

3-4-2-4-نیروی ناشی از تغییرات دما…………………………………………………………………….. 19

3-4-2-5-نیروهای دینامیکی وارده به مخزن………………………………………………………….. 19

3-4-3- فشارهای هیدرودینامیکی در مخازن……………………………………………. 20

3-5- عوامل مهمر دیگر ……………………………………………………………………………………….. 20

3-5-1- تاثیر انعطاف‌پذیری دیوارهای مخزن ……………………………………………….. 20

3-5-1-1- بررسی تأثیر انعطاف‌پذیری بر فشارهای هیدرودینامیكی……………………. 20

3-5-1-2-  استفاده از روش جرم افزوده با در نظر گرفتن

 انعطاف‌پذیری دیوارها …………………………………………………………………………….. 22

3-5-2- تاثیر بر هم كنش خاك و مخزن…………………………………………………………………….. 24

3-5-3- رفتار پیچشی ارتعاشی غیرارتجاعی مخازن مرتفع ……………………………………….. 29

3-6- بهسازی رفتار با استفاده FRP……………………………………………………………………………. 29

3-6-1- تعریف FRP……………………………………………………………………………………………. 29

3-6-2- الیاف مورد استفاده در كامپوزیت‌های FRP…………………………………………………… 30

3-6-2-1- الیاف شیشه ………………………………………………………………………………………. 30

3-6-2-2- الیاف كربن ………………………………………………………………………………………… 31

3-6-2-3- الیاف آرامید………………………………………………………………………………………… 31

3-6-3- رزین­های موجود در ساخت FRP…………………………………………………………………….. 31

3-6-4- پوشش­های FRP…………………………………………………………………………………. 32

3-6-4-1- پوشش­های دست ساز……………………………………………………………………….. 32

3-6-4-2- ورقه­ها یا صفحات پیش ساخته شده­ی کامپوزیت …………………………. 33

3-6-4-3- ورقه­های ماشینی ……………………………………………………………………………… 34

3-6-5- استفاده از پوشش­های FRP……………………………………………………………………………. 34

3-6-5-1- استفاده از FRP در بهسازی سازه­های بتنی …………………………………… 34

3-7- مبانی تئوریک تحلیل استاتیکی غیر خطی (فشار افزون)………………………………………… 36

3-7-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………. 36

3-7-2- مبانی تئوری تحلیل فشار افزون……………………………………………………………. 39

• 3-7-3- جابجایی هدف……………………………………………………………………………………. 46

3-7-4- الگوهای بار جانبی………………………………………………………………………………….. 50

عنوان                                                                                                        صفحه

 3-5- انجام تحلیل فشار افزون…………………………………………………………………………….. 52

3-7-6- محدودیتهای تحلیل فشار افزون……………………………………………………………………… 54

3-7-7- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………… 59

3-8- چگونگی محاسبه شکل پذیری و ضریب رفتار سازه ها…………………………………………….. 61

3-8-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………….. 61

3-8-2- تعیین ضریب رفتار و پارامترهای موثر درآن………………………………………………….. 62

3-7-3- ایده آل سازی منحنی ظرفیت………………………………………………………………………… 71

فصل چهارم: مدل سازی و تحلیل اجزاء محدود اتصالات

4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………… 74

4-2- تحلیل اجزاء محدود و مفهوم تحلیل غیر خطی………………………………………………………… 74

4-3- مدل سازی اجزاء محدود بتن آرمه در ANSYS……………………………………………………… 76

4-3-1- معیار شکست حاکم بر رفتار بتن در نرم افزار ANSYS…………………………….. 77

4-3-2- پارامترهای مورد نیاز برای مدل سازی اجزاء محدود بتن آرمه……………………. 79

4-3-3- المانهای مورد استفاده برای مدل سازی بتن و آرماتور در ANSYS…………… 82

4-4- مدل سازی سیال در ANSYS…………………………………………………………………………………… 82

4-5- مدل سازی کامپوزیتهای FRP در ANSYS…………………………………………………………….. 82

4-5-1- معیار شکست حاکم بر رفتار کامپوزیتها…………………………………………………………… 83

4-5-2- المانهای مورد استفاده در ANSYS برای مدل سازی FRP…………………………… 84

4-6- مقایسه نتایج بدست آمده از ANSYS………………………………………………………………………. 86

4-7- تحلیل اجزاء محدود غیر خطی مخازن، تشخیص مکانیزم شکست آن ها

و تقویت آن‌ها با ورقهای FRP………………………………………………………………………………….. 86

4-7-1- ابعاد، مشخصات و مصالح مورد استفاده در ساخت نمونه های مورد نظر………. 87

4-7-2- مدل سازی مخازن با بهره گرفتن از ANSYS……………………………………………………….. 88

4-7-2-1-ترسیم مدل………………………………………………………………………………………………. 88

4-7-2-2- تعریف المان ها و معرفی ثابت های حقیقی آنها…………………………………. 90

4-7-2- 3-معرفی مواد مورد استفاده………………………………………………………………………. 91

4-7-2-4- اعمال شرایط مرزی ………………………………………………………………………………. 93

4-7-3- انجام آنالیز دینامیکی تاریخچه ی زمانی و فشار افزون…………………………………. 95

4-7-4- تشخیص مکانیزم شکست…………………………………………………………………….. 97

عنوان                                                                                                        صفحه

 4-7-5- انتخاب ضخامت های FRP………………………………………………………………… 98

4-7-6- نتایج حاصل از آنالیز فشار افزون مدلهای با FRP ………………………………………….. 99

4-7-7- انجام آنالیز دینامیکی تاریخچه ی زمانی بر روی مدلهای برگزیده ……………….. 107

4-7-8- نتیجه گیری…………………………………………………………………………… 107

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری………………………………………………………………………………… 110

5-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………………………… 111

 فهرست منابع و مأخذ ……………………………………………………………………………. 112

مقدمه

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 می­شود. 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 می­شود؛ 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 می­شود.

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 می­شود. 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 آیین­نامه­های 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 نمی­شود، 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 می­شود.

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.

مروری 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 ادامه­ی مباحث مطرح شده در ارتباط با مخازن ذخیره آب زمینی قرار دارند. ارتباط مستقیم بین آنها باعث می­شود 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 می­شود. 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 می­شود.

تعداد صفحه :135

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

  *