مطالعه و بررسی رفتار مخازن بتنی روزمینی تحت اثر بار انفجار با درنظرگرفتن اندرکنش سیال – سازه
محورهای موضوعی : آنالیز سازه - زلزله
مجید عالی پور
1
,
mojtaba hoseini
2
*
,
حمیدرضا باباعلی
3
,
مهدی رفتاری
4
,
رضا محجوب
5
1 - دانشجوی دکتری مهندسی عمران گرایش سازه، دانشگاه آزاد، واحد خرم آباد.
2 - دانشیار دانشگاه لرستان
3 - دکتری سازههای آبی، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد خرم آباد، گروه عمران، خرم آباد، ایران
4 - دپارتمان مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خرم آباد، ایران.
5 - دپارتمان مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خرم آباد، ایران.
کلید واژه: اندرکنش سیال - سازه, تنش فون میسز, بیشینه جابهجایی, انرژی جنبشی, شاخص آسیب پارک - انگ.,
چکیده مقاله :
مخازن بتنی روزمینی به دلیل موقعیت قرارگیری آشکار، در معرض تهدیدات خارجی همچون بارهای انفجاری قرار دارند. ارزیابی واقعبینانه از رفتار این سازهها مستلزم در نظرگیری پدیده پیچیده اندرکنش سیال و سازه است. این پژوهش به بررسی عددی پاسخ مخازن استوانهایشکل بتنی تحتتأثیر انفجار، با تمرکز بر اثرات متغیرهای کلیدی: میزان پرشدگی مخزن (خالی، نیمهپر و پر) و الگوی توزیع فشار هیدرواستاتیک سیال (یکنواخت و غیریکنواخت) میپردازد. شبیهسازیها با استفاده از نرمافزار اجزای محدود آباکوس انجام شده و پاسخهای سازهای شامل بیشینه تنش فون میسز، بیشینه جابهجایی، انرژی جنبشی و شاخص آسیب پارک - انگ مورد تحلیل قرار گرفتند. یافتهها بهوضوح نقشمحوری حضور سیال را در تعدیل پاسخ سازه نشان میدهند. بهطوریکه شرایط مخزن پر در مقایسه باحالت خالی، منجر به کاهش چشمگیر ۴۱ درصدی در تنش ماکزیمم، ۹۰ درصدی در جابهجایی، 9/8 درصدی در انرژی جنبشی و 4/15 درصدی در شاخص آسیب شد. در مقابل، تخلیه مخزن تأثیر معکوس داشته و این مقادیر را به ترتیب 1/18، 2/31، 1/4 و ۱۷ درصد افزایش داد. همچنین، تغییر الگوی توزیع فشار سیال از حالت یکنواخت به مثلثی (غیریکنواخت)، اگرچه باعث کاهش 3/84 درصدی جابهجایی و 1/4 درصدی انرژی جنبشی گردید، اما از سوی دیگر شاهد افزایش 6/35 درصدی تنش و 5/2 درصدی شاخص خرابی بودیم. نتایج این مطالعه بر ضرورت مدلسازی دقیق اندرکنش سیال - سازه و در نظرگیری شرایط بهرهبرداری مخزن (میزان پرشدگی و الگوی فشار) در طراحی و ارزیابی مقاومت این قبیل سازهها در برابر بارهای شدید دینامیکی مانند انفجار تأکید مینماید.
Above-ground concrete tanks are exposed to external threats such as explosive loads due to their exposed location. A realistic assessment of the behavior of these structures requires consideration of the complex phenomenon of fluid-structure interaction. This study numerically investigates the response of cylindrical concrete tanks under the influence of an explosion, focusing on the effects of key variables such as tank filling level (empty, half-full, and full) and the distribution pattern of fluid hydrostatic pressure (uniform and non-uniform). Simulations were performed using the finite element software Abaqus and structural responses including maximum von Mises stress, maximum displacement, kinetic energy, and Park-Ang damage index were analyzed. The findings clearly demonstrate the pivotal role of the presence of fluid in modulating the structural response. So that the full tank condition, compared to the empty condition, resulted in a significant reduction of 41% in maximum stress, 90% in displacement, 8.9% in kinetic energy, and 15.4% in damage index. In contrast, tank emptying had the opposite effect, increasing these values by 18.1, 31.2, 4.1, and 17 percent, respectively. Also, changing the fluid pressure distribution pattern from uniform to triangular (nonuniform), although causing a 84.3 percent decrease in displacement and 4.1 percent in kinetic energy, on the other hand, we witnessed a 35.6 percent increase in stress and 2.5 percent in damage index. The results of this study emphasize the necessity of accurate modeling of fluid-structure interaction and considering tank operating conditions (filling rate and pressure pattern) in the design and evaluation of the resistance of such structures against severe dynamic loads such as explosions.