بررسي عددي و آزمايشگاهي رفتار لرزه اي سيلوهاي بتني با در نظر گرفتن اندركنش خاك - سازه و

محتويات فريبرز ناطقي الهي – منصور يخچاليان

مقدمه

براي بررس3ي اضاف3ه فشارهاي ناشي از از زلزل3ه، پوش فشارهاي ديناميك3ي ناشي سيلو ديواره خط3ي رفتار فرض ب3ا زلزل3ه براي س3يلوهاي فوالدي ب3ا نسبتهاي ارتفاع پيشنهاد فشار توزيع ب3ا مختل3ف قط3ر ب3ه

Eurocode 8شده در قس3مت چهارم آيين نامه آمده بدست نتاي3ج اس3ت، شده مقايس3ه نشان مي دهند كه در يك سيلوي كوتاه ثابت در نظ3ر گرفت3ن نس3بت پاس3خ شتاب س3يلو به شتاب ثق3ل در ارتفاع س3يلو ك3ه با نشان در است محافظه كاران33ه مي شود داده بلند س3يلوي ي3ك براي فرض اي3ن حاليك3ه

محافظه كارانه نيست.

بررسي عددي اضافه فشارهاي ناشي از زلزله در سیلوها با در نظر گرفتن اندرکنش مصالح دانه اي و

سازه در ادام3ه عالوه بر مدلس3ازي رفتار لرزه اي س3يلوها ب3ا در نظ3ر گرفت3ن اندركنش مص3الح دانه اي و س3ازه اث3ر اندركن3ش خاك و س3ازه ني3ز در مدلس3ازي در نظ3ر گرفته شده اس3ت. براي مدلس3ازي اندركن3ش خاك و س3ازه از مدل مخروط ناق3ص استفاده شده است. نتايج بدست آمده از در نظر گرفتن اندركنش مصالح دانه اي و سازه به

همراه اندركنش خاك و سازه نشان مي دهند كه: همانند زياد نس3بتا ب3ا س3ختي در س3ازه هاي نظ3ر مي رس3د ب3ه آنچ3ه برخالف

سيلوها صرفنظر كردن از اثر اندركنش خاك و سازه محافظه كارانه نيست. در نظ3ر گرفت3ن ميراي3ي مص3الح خاك در هنگام3ي ك3ه اث3ر اندركن3ش خاك و سازه

در نظر گرفته شده است خسارت وارد شده به مدل را كاهش مي دهد.

آزمايشهاي ديناميكي بر روي مدلهاي كوچك مقياس

1388تاریخ تصویب گزارش: 1391تاریخ اتمام:

گروه: ساختمان پژوهشکده سازه

پژوهشگاه بين المللیمهندسی زلزلهزلزله شناسی و

انجام بر روي مدلهاي كوچك مقياس ديناميك3ي آزمايشهاي آزمايشگاه3ي در قس3مت مطالعات شده اند. آزمايشهاي ديناميكي آزمايشهاي چكش الكترونيكي و مي3ز لرزان را شامل مي شوند. نتايج در داخ3ل سيلو در ذخيره شده ك3ه مشارك3ت جرم مص3الح لرزان نشان مي دهن3د مي3ز آزمايشهاي

پيشنهاد ACI 313 درصد است كه به عنوان ضريب وزن موثر در آيين نامه 80ارتعاش سيلو بيشتر از شده اس3ت. ب3ه عالوه نتاي3ج آزمايشهاي ديناميك3ي انجام شده نشان مي دهن3د ك3ه در مدل ي3ك سيلوي الغ3ر در حالت3ي ك3ه مدل تقريب3ا پ3ر باش3د عالوه بر فركان3س مود اول جان3بي ك3ه در آ3ن مشاركت جرم

درص3د اس3ت، قل3ه فركانس3ي ديگري وجود دارد ك3ه مقدار فركان3س آن از 90مص3الح دانه اي بي3ش از ب3ا مشارك3ت متناظ3ر كمت3ر است. 100فركان3س ني3ز ارتعاش مدل در دانه اي درص3د جرم مص3الح

آزمايشهاي انجام شده نشان مي دهن3د ك3ه اي3ن قل3ه فركانس3ي در اث3ر ارتعاش قس3مت باالي3ي مصالح دانه اي نس3بت ب3ه ديواره س3يلو ايجاد شده اس3ت. نتاي3ج آزمايشهاي مي3ز لرزان نشان مي دهن3د ك3ه با

افزايش دامنه شتاب اعمال شده به مدل ميرايي مدل افزايش مي يابد.

تحقيقات انجام شده روي اث3ر زلزل3ه بر س3يلوها بس3يار ك3م و اندك هس3تند در طول زلزل33ه دیواره س33یلو تنشهای اضاف33ی ناش33ی از توزیع فشار نامتقارن در س33یلو را

آيين نامه هاي مختل3ف براي محاس3به نيروي زلزل3ه وارده بر س3يلوها تجرب3ه می کن3د، 80رواب3ط مختلف3ي را پيشنهاد كرده ان3د ك3ه در اكث3ر آنه3ا براي محاس3به برش پاي3ه

درص33د وزن مواد ذخيره شده در داخ33ل س33يلو بعنوان وزن موث33ر در تعيي33ن نيروي Eurocode 8 ول33ي قس33مت چهارم آيين نامه، زلزل33ه در نظ33ر گرفت33ه شده اس33ت

فشارهاي افق3ي ناش3ي از اثرات زلزل3ه را ب3ا اس3تفاده از رواب3ط س3اده شده در نظ3ر مي گيرد.

در اثر اعمال 4-تابع انتقال بدست آمده براي مدل 9شكل زلزله كرن كانتي -ضرايب جرم موثر بدست آمده از آزمايشهاي 5جدول

ديناميكي

بدلي33ل پيچيدگي هاي موجود در مدلس33ازي س33يلوها ب33ا اس33تفاده از روش اجزاء محدود از قبي3ل مدلس3ازي ص3ريح مواد ذخيره شده در س3يلو ب3ا مدل رفتاري مناس3ب، مدلس33ازي رفتار غيرخط33ي مص33الح بتن33ي ديواره س33يلو و اندركن33ش خاك و س33ازه محققان كمت3ر ب3ه مدلس3ازي س3يلوهاي بتن3ي ب3ا اس3تفاده از مدلهاي عددي پرداخته اند.

س33عي شده اس33ت رفتار لرزه اي س33يلوهاي بتن33ي ب33ا اس33تفاده از تحقي33قدر اي33ن مدلس3ازي ب3ه روش اجزاء محدود مورد بررس3ي قرار گرفت3ه و ب3ه دنبال آ3ن ضواب3ط ارائ33ه شده در آيين نامه ه33ا براي طراح33ي س33يلوها ارزياب33ي شون33د، در ادام33ه براي

درص333د پيشنهاد شده در آيين نامه ه333ا آزمايشهاي 80بررس333ي ضري333ب وزن موث333ر .ديناميكي بر روي مدلهاي سيلوي كوچك مقياس نيز انجام شده اند توزیع فشار در ارتفاع سیلو با

فرض ثابت در نظر گرفتننسبت پاسخ شتاب سيلو به كه

ثقل در ارتفاع سيلو استشتاب)(z

توزیع فشار در مقطع سیلو

بررسي عددي رفتار لرزه ای سیلوهای بتنی با در نظر گرفتن اندرکنش مصالح دانه اي و سازه و

اندركنش خاك و سازه

بررسي عددي رفتار لرزه ای سیلوهای بتنی با در نظر گرفتن اندرکنش مصالح دانه اي و سازه

در بخ3ش مطالعات عددي اندركن3ش مص3الح دانه اي و س3ازه ب3ا در نظ3ر گرفتن بررسي مورد دانه اي مص3الح غيرخط3ي رفتار و س3يلو ديواره غيرخط3ي رفتار قرار گرفت3ه اس3ت. براي مدلس3ازي مص3الح دانه اي ذخيره شده در داخ3ل سيلو از

اس3تفاده شده است، ون ولفرزدورفتئوري هيپوپالس3تيسيته و مدل هيپوپالس3تيك از تابعي ب3ه س3يلو وارده ك3ه ميزان خس3ارت آمده نشان مي دهن3د بدس3ت نتاي3ج

مشخصات مصالح ذخيره شده است كه عبارتند از:ميزان تخلخل مصالح دانه اي مقدار پارامت3رn اي3ن پارامت3ر حس3اسيت مص3الح دانه اي نس3بت به فشار را در ،

نظر مي گيرد.

3 با تغيير در شرايط تكيه گاهي مدل 4مدل

12 14 16 18 20 22 240

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Frequency(Hz)

Tran

sfer

Fun

ctio

n

100% 90%

g 0/2كرن كانتي

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50

Pressure (KPa)

Hei

ght (

m)

Dynamic PressureEurocode 8 Pressure

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50

Pressure (KPa)

Hei

ght (

m)

Dynamic PressureEurocode 8 Pressure

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80Pressure (KPa)

Hei

ght (

m) Dynamic Pressure

Eurocode 8 Pressure

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80Pressure (KPa)

Hei

ght (

m) Dynamic Pressure

Eurocode 8 Pressure

-پوش فشارهای ديناميكي ایجاد شده در دو سمت راست و 5شكل چپ سیلو در محل محور تقارن

مدل 1

مدل 3

-مدلهای در نظر گرفته شده برای انجام تحلیل3جدول

-مقايسه 2 شكل خسارت در كشش در

M2-A3 تا M2-A1مدلهاي با نسبت ارتفاع به قطر

5

M1-SSI-SD M1-FB M1-SSI

M1-مقايسه خسارت در كشش در مدلهاي گرو ء 3شكل

-مدلهای در نظر گرفته شده برای 1جدول انجام تحلیل

1مدل 2مدل

3مدل

-استفاده از ماسه به عنوان مص3الح 7شكل ذخيره شده در مدلها

ابعاد و مشخصات مدلهاي مقياس شده-4جدول

Eurocode 8 آيين نامه-توزيع فشار ارائه شده در قسمت چهارم 1شكل

-نحوه مدلسازي 2جدول

-مدلهاي آزمايشگاهي6شكل

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 400

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Frequency(Hz)

Tran

sfer

Fun

ctio

n

100% 80%

با استفاده از 2-تابع انتقال بدست آمده براي مدل 8شكل آزمايش چكش

)(z

در آنها ك33ه مدلهاي33ي ميان مقايس33ه اي نظر در س3ازه و دانه اي مص3الح اندركن3ش

درصد 80گرفت3ه شده و مدلهاي3ي ك3ه در آنه3ا به يكنواخ3ت بص3ورت دانه اي مص3الح جرم ديواره س3يلو اعمال شده اس3ت نشان مي دهد

كه:2 در س3يلوهاي ب3ا نس3بت ارتفاع ب3ه قطر

اي3ن موضوع ك3ه خس3ارت در مدل3ي ك3ه در آن سازه و دانه اي مص3الح اندركن3ش اث3ر از در ي3ا خسارت اس3ت بيشت3ر ص3رفنظر شده مدلي ك3ه اندركن3ش مص3الح دانه اي و سازه را نظر در ماس3ه نوع ب3ه مي گيرد، نظ3ر در گرفت3ه شده ب3ه عنوان مصالح ذخيره شده در

سيلو بستگي دارد. 5 در س3يلوهاي ب3ا نس3بت ارتفاع ب3ه قطر

اندركنش اث3ر از ك3ه مدلهاي3ي در خس3ارت 80مص3الح دانه اي و س3ازه صرفنظر شده و

درص3د جرم مص3الح دانه اي بص3ورت يكنواخت ب3ه ديواره س3يلو اعمال شده كمتر از مدلهاي

ديگر است.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50 60Pressure (KPa)

Hei

ght (

m)

Dynamic PressureEurocode 8 Pressure

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50 60Pressure (KPa)

Hei

ght (

m)

Dynamic PressureEurocode 8 Pressure

مدل 2

3مدل 2مدل 1مدل -مش بندي مدلهاي در نظر 4شكل

گرفته شده

جمع بندي كه مي دهن3د نشان ديناميك3ي آزمايشهاي از آمده بدس3ت نتاي3ج

و ACI 313 درص3د ك3ه در آيين نامه هاي3ي مانند 80ضري3ب جرم موث3ر Eurocode 8 در است پيشنهاد شده س3يلوها لرزه اي طراح3ي براي

به آزمايشه3ا نتاي3ج ب3ه ب3ا توج3ه نيس3ت. هم3ه موارد محافظه كاران3ه درصد 90نظ3ر مي رس3د در نظ3ر گرفت3ن ضري3ب جرم موثري برابر ب3ا

ب3ا نس3بتهاي ارتفاع ب3ه قطر براي طراح3ي ب3ه خص3وص در مدلهاي زياد مناس3ب تر اس3ت. الزم ب3ه ذك3ر اس3ت ك3ه نتايج تحليل هاي انجام شده ني3ز اي3ن موضوع را ب3ه خص3وص براي مدلهاي ب3ا نسبت ارتفاع

تاييد مي كنند.5به قطر نتاي3ج بدس3ت آمده از تحليل ه3ا نشان مي دهن3د ك3ه در س3ازه هاي با

ب3ه نظ3ر مي رسد آنچ3ه س3ختي نس3بتا زياد همانن3د س3يلوها برخالف ص3رفنظر كردن از اث3ر اندركن3ش خاك و س3ازه محافظه كاران3ه نيست البت3ه اي3ن موضوع ب3ه شتاب ورودي اعمال شده ب3ه مدل ني3ز وابسته

است و ممكن است هميشه صادق نباشد. آيين نامه Eurocode 8 ضريب را كه بيانگر تغيير شتاب در ارتفاع

اس3ت براي محاس3به اضاف3ه فشارهاي ناش3ي از زلزل3ه مورد استفاده نشان تحليل از آمده بدس3ت فشارهاي اضاف3ه مي ده3د، قرار مي دهن3د ك3ه ب3ا افزاي3ش نس3بت ارتفاع ب3ه قط3ر س3يلو ثاب3ت در نظر

گرفتن محافظه كارانه نيست.

)(z

)(z