التحليل الديناميكي لخزانات المياه العالية مع اعتبار الفعل المتبادل سائل –منشأ –تربة بطريقة العناصر المنتهية

الملخص

تعتبر خزانات المياه العالية من المنشآت الخاصة والهامة نظرا لاستخدامها في حفظ المياه اللازمة للشرب أو للسيطرة على الحرائق أثناء الهزات الأرضية. كما يتم استخدامها لتخزين مختلف السوائل مثل مشتقات النفط في المدن والمناطق الصناعية. وبالتالي يجب ان تبقى هذه المنشآت في طور الخدمة اثناء وقوع الزلزال كي تؤدي الدور الوظيفي الهام المناط بها. يختلف السلوك الديناميكي للخزانات بشكل عام عن بقية المنشآت نظرا لاحتوائها على سائل وبسبب عدم انتظام صلابتها مع الارتفاع حيث الكتلة الرئيسية لها تقع في الاعلى . في هذا البحث تمت دراسة نموذج رياضي لخزان مياه عالي من البيتون المسلح محمول على جملة اطارية بطريقة العناصر المنتهية،بطاقة تخزين 900م3 وتمتمثيل كتلة السائل في الحلة كمجموع لكتلتين مستقلتين يطلق عليهما الكتلة الدفعية(Impulsive mass)و الكتلة الحملية(Convective mass) حسب توصيات الكود الاوربي 8 لعام 2006 لثلاث حالات ملئ ، نصف ملئ وفارغ كما قمنا بنمذجة التربة بطريقة العناصر المنتهية مع دراسة عناصر محيطية ماصة للطاقة (مخمدات ) لمنع تراكب وتداخل الأمواج الزلزالية. وقمنا باعتماد طريقة الاتصال الصلب بين التربة و الخزان ثم أجريناالتحليل الديناميكي لهذه الجملة تحت تأثير السجل الزمني لزلزال السنترو حيث تسارعه الاعظمي 0.32gباستخدام برنامج ABAQUS.وتم حساب مقادير الاستجابة الديناميكية للخزان المتمثلة بالقص القاعدي،عزم الانقلاب، إزاحة الخزان وإزاحة الفيضان. وقمنا بإجراء المقارنات بين النتائج لبيان مدى تأثير مرونة التربة على قيم الاستجابة الديناميكية للخزان وكذلك تأثير فيضان السائل . بينت النتائج أن قيم الاستجابة للخزان تتأثر بشكل كبير عند دراسة التفاعل المتبادل (سائل – منشأ – تربة ) حسب الحالة المدروسة ودرجة امتلاء الخزان وحسب خصائص تربة التأسيس وكذلك فيضان السائل في الحلة الذي يؤثر بشكل كبير على قيم الاستجابة الديناميكية للخزان . Elevated water tanks are considered as important and vital structures due to its function as drinking water reservoirs and for firefighting during earthquakes. In addition, these tanks are used for the storing of several liquids such as oil derivatives in industrial areas. Therefore, these structures must be kept operating during earthquakes. However, the seismic behavior of tanks is different from the behavior of other structures as they contain liquid and due to the irregularity of distributing of their rigiditywith their height because the main mass of the tanks is located in the upper portion of the structure. In this research, a study of a model of reinforced concrete elevated water tank, with capacity of 900 cubic meters, supported with frame system is carried out using finite element method (FEM). The liquid mass contained in the container is modeled as the sum of two separated messes i.e. impulse mass and convective mass following the recommendations of Eurocode 8 , 2006, for three cases: empty, semi-empty and full container. The soil is modeled using (FEM) with energy absorbent boundaries (dampers) to prevent the combination of earthquakes waves. the rigid contact between soil and tank is considered, then a dynamic analysis for the system is carried out under the effect of El-Centro time history with peak ground acceleration of 0.32g using ABAQUS software. A comparison of the results is done to determine the effect of soil flexibility and liquid flood on the dynamic response of the tank. Results showed that the response of the tank significantly affected when (liquid – structure – soil) interaction is considered by the studied case, the filling phase of the tank, the properties of the foundation soil and liquid sloshing from the container.