بررسي عددي رفتار لرزه اي سيلوها ي بتني با در نظر گرفتن اندركنش مصالح دانه اي و سازه

١
فريبرز ناطقي الهي و منصور يخچاليان۱*
۱. پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله

(دريافت مقاله: ٠٣/١١/١٣٨٩- دريافت نسخه نهايي: ١٦/٠٥/١٣٩١)

چكيده – سيلوها سازه هايي هستند كه براي ذخيره كردن انواع مختلف مصالح دانهاي مورد استفاده قرار مي گيرند. به دليل رفتار غيرخطي ديواره بتني و رفتار غييرخط مصالح ذخيره شده در سيلو بررسي رفتار لرزهاي سيلوهاي بتني بسيار پيچيده است. در اين مقاله اثر اندركنش مصالح دانهاي و سازه براي ي ك سيلوي بتني با استفاده از نرم افزار اجزاي محدود ABAQUS مورد بررسي قرار گرفته است. مصالح دانه اي با استفاده از ي ك مدل هيپوپلاستي ك مدلسازي شده اند، پس از مدلسازي اندركنش مصالح دانه اي و سازه تحت اثر زلزله، نتايج به دست آمده با نتايج به دست آمده از مدلهايي كه در آنها از اثر اندركنش مصالح دانه اي و سازه صرف نظر شده است مقايسه شده اند.

واژگان كليدي : سيلوي بتني، رفتار لرزه اي، روش اجزاي محدود، مدل پلاستيسيته خسارت بتن، هيپوپلاستيسيته، اندركنش مصالح دانه اي و سازه

Numerical Investigation into Seismic Behavior of Reinforced Concrete Silos Considering Granular Material-Structure Interaction

F. Nateghi Alahi and M. Yakhchalian

1.International Institute of Earthquake Engineering and Seismology, Tehran, Iran

Abstract: Silos are structures used for storing different types of granular materials. Seismic behavior of reinforced concrete silos is very complex due to nonlinearity of reinforced concrete wall of silo and nonlinear behavior of granular material. In this paper, the effect of granular material-structure interaction is investigated for a reinforced concrete silo by using ABAQUS finite element package. A hypoplastic constitutive model is used for modeling the granular material. After modeling the granular material-structure interaction under seismic excitation, the results obtained are compared with those of models without granular material-structure interaction.

Keywords: Reinforced Concrete Silo, Seismic Behavior, Finite Element Method, Concrete Damaged Plasticity Model, Hypoplasticity, Granular Material-Structure Interaction. ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
m.yakhchalian@iiees.ac.ir :مسئول مكاتبات، پست الكترونيكي : *
زمستان ١٣٩١
١- مقدمه
سيلوها سازههايي هـستند کـه بـراي ذخ يـ ره كـ ردن مـصالحدانهاي مورد استفاده قرار ميگيرند. در مناطق زلزله خيز سـيلوها بايد برا ي مقاومت در برابر بارهاي ناش ي از زلزله طراحي شوند .
در طول زلزله ديواره س يلو تن شهاي اضاف ي ناش ي از توزيع فـشارنامتقارن در سيلو را تجربه مي كند، به علاوه نيروهاي دي نـاميكي به مترا كمتر شدن مصالح دانهاي داخل سيلو منجر ميشـوند . در طراحي معمول س يلوها براساس ACI313 [۱] فـشارهاي اعمـالشده به ديواره ناش ي از اين اثرات در نظر گرفته نميشوند و ۸۰ درصد وزن مصالح ذخ يره شده در داخـل سـيلو بـه عنـوان وزنمؤثر برا ي محاسبه بارهاي ناش ي از زلزله در نظر گرفته ميشود، ولي قسمت چهارم آييننامـه 8 Eurocode[۲] فـشارهاي افقـيناشي از اثرات زلزله را با استفاده از روابط سـاده شـده در نظـرميگيرد. تحقيقات كمي وجود دارند كه تـلاش كـردهانـد رفتـارسيلوها تحت اثر زلزله را با در نظر گرفتن اثر اندركنش مـصالحدانهاي و سازه مورد بررسـي قـرار دهنـد. بـراون و ابيـل [۳] و مسكوريس و هولر [۴] سعي كردهاند تا رفتار سيلوها تحت اثـرزلزله را با در نظر گرفتن اندركنش مصالح دانهاي و سازه مـوردبررسي قرار دهند. آنها از مدلهاي هيپوپلاستيك۱ مختلـف بـرايمدلسازي مصالح دانهاي داخل سيلو اسـتفاده كـردهانـد ولـي درتمام اين تحقيقات رفتار ديواره سيلو خطي در نظر گرفتـه شـدهاست. ناطقي الهي و يخچاليان [۵ و۶] نيز مطالعاتي را در رابطـهبا اثر زلزلـه بـر سـيلوهاي بتنـي انجـام دادهانـد . در ايـن مقالـهانـدركنش مـصالح دانـ هاي و ديـواره بـا در نظـر گـرفتن رفتـار غيرخطي ديواره سيلو مورد بررسي قـرار گرفتـه اسـت. ديـوارهسيلو با استفاده از مـدل پلاستيـسيته خـسارت بـتن۲ [۷ و ۸] و اجزاي پوستهاي مدلسازي شـده اسـت. رفتـار لـرزهاي مـصالحذخيره شده در داخل س يلو بس يار غ يرخطي بـوده و شـرح رفتـارغيرخطي آن بسيار پيچيده است . نظريـه هيپوپلاست يـسيته۳ نـرختغييرات تنش را به صورت تابعي از تنش، نرخ تغييرات كـ رنش و نسبت تخلخل شرح ميدهد. نظريه ه يپوپلاستيسيته مـيتوانـدرفتار غ يرخطي مصالح دانهاي را مدلساز ي كند. در اين مقالـه دو نوع ماسه به عنوان مصالح ذخيره در داخل سيلو در نظـر گرفتـه شدهاند. مصالح دانهاي با استفاده از اجزاي سـه بعـدي Solid ورفتار آن با استفاده از يك مدل رفتاري ه يپوپلاستيك مدلـسازي شده است . براي مدلساز ي اندر كنش بين د يواره س يلو و مـصالحذخيره شده در داخل سيلو از مدلسازي تماس سطح به سطح بـادر نظر گرفتن قانون اصطكاك كولمب استفاده شده است.

٢- نظريه هيپوپلاستيس يته بـراي مدلـسازي مـصالح دانه اي
هيپوپلاستيسيته نوعي از مدلهاي رفتاري غيرخطي است كـهبراي پيشبيني رفتار مصالح دانهاي ايجاد شـده اسـت. سـاختاراوليــه مــدلهاي هيپوپلاســتيك در دهــه ۱۹۹۰ در دانــشگاه كارلسروهه ايجاد شده اسـت. هيپوپلاستيـسيته سـاختاري بـرايشرح رفتـار مكـانيكي مـصالح دانـهاي اسـت. قـوانين رفتـاريهيپوپلاستيك نرخ تغييرات تنش را بـه صـورت تـابعي از تـنش،نرخ تغييرات كرنش و نسبت تخلخل شـرح مـيدهنـد و بـرايمدلـسازي مـصالح دانـه اي غيرچـسبنده مناسـب هـستند. مـدل هيپوپلاسـتيك ون ولفـرزدورف [۹] مـي توانـد رفتـار غيرخطـي مصالح دانهاي را به خوبي مدلسازي كند ولـي بـراي مدلـسازيرفتار مصالح دانهاي تحت اثر بارگذاري سـيكلي ايراداتـي دارد.
مهمترين كمبود اين مدل انباشته شدن بيش از حد تغييرشكل بهازاي سيكلهاي با تنشهاِي كم است كه رتچتينگ۴ ناميده مي شود.
براي حل اين كمبود نيِمونيس و هـرل [۱۰] بـا معرفـي مفهـومكرنش ميان دانهاي۵ مدل هيپوپلاستيك ونولفرزدورف را توسعهدادند. در اين مقاله از مدل هيپوپلاستيك ونولفـرزدورف بـا درنظر گرفتن مفهوم كرنش ميان دانـهاي بـراي مدلـسازي مـصالحذخيره شده در داخل سيلو استفاده شده است. در مطالعـه اي كـهبر روي رفتار لرزهاي سيلوها انجام شده مسكوريس و هولر [۴] نيز از همين مدل براي مدلسازي مصالح ذخيره شـده در داخـلسيلو تحت اثر بارگذاري لرزهاي استفاده كردهاند و به اين نتيجه رسيدهاند كه نتايج تحليلي با نتايج آزمايـشگاهي تطـابق خـوبيدارند.

رابطه عمومي ميان تـنش و كـرنش در مـدل هيپوپلاسـتيكونولفرزدورف با در نظـر گـرفتن مفهـوم كـرنش ميـان دانـه اي به صورت زير است.
D
T = M : D (۱)
2697481222218

TD نرخ تغييرات تنش جاومن،D نرخ تغييـرات كـرنش وM تانسوري مرتبه چهارم است كه بيانگر سختي است . كرنش مياندانهايδ از انباشته شدن مقادير ∆D t بهدست مـيآيـد و يـكتانـسور مرتبـه دوم اسـت.ρ دامنـه نرمـال شـده كـرنش ميـان دانه ايδ است. (۲) ρ= Rδ
^δ جهت كرنش ميان دانـهاي اسـت و بـهصـورت معادلـه زيـرتعريف شده است.
438152-105604

(۳) 00≠=δ=⎪⎩⎪⎨⎧δ0/ δ forforforfor δδ^ سختي مصالح را مي توان با استفاده از معادله زير محاسبه كرد.
M = ρ⎡⎣ χmT+ −ρ(1 χ) mR⎤⎦L
+ ⎪⎨⎧ρχ(1−m )LT :δδ^^+ρχ Nδ^ for δ^:D > 0 (۴)
⎪⎩

RT
در معادله بالا L يك تانسور مرتبـه چهـارم وN يـك تانـسور
مرتبه دوم است. تانسورهايL و N توابعي از تـنش و نـسبتتخلخل اند.
معادله تغييرات كرنش ميان دانه اي به صورت زير است.
⎧^ ^^
δ=D ⎪⎨(I −δδρβr ):Dfor δ:D > 0 (۵)
⎩⎪Dfor

در معادله بالا I تانسور واحد مرتبه چهارم است.
L =f fb e

^ ^1(F I+a TT22 ^ ^) (۶)
T:T
N = f f fd b e

^ ^Fa (T+T*^ ^ ) (۷)
T:T
^
T = T / trT (۸)
در معادله بالاT تانسور تنش است.
T* = T^^ −

131 (۹)
1 تانسور واحد مرتبه دوم است.

)
١٠
(

c
c
)
3(3
sin
a
22
sin
−ϕ
=
ϕ

)
١١
(

2
2
2
tan
ψ
1
1
tan
F
ψ
tan
ψ
8
2
tan
2
ψ
cos3
θ
22


=
+
+

)
۱۲
(

^
tan
ψ
3
T*
=

)
۱۳
(

^
3
^
tr(T*)
cos3
θ
6
=−

)

١٠

(

c

c

)

3(3

sin



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید