عنوان                          صفحه

چکیده……………………………….. …..1

فصل 1-     مقدمه……. 2

1-1-         مقدمه و ضرورت مطالعه. 3

1-2-    آشنایی با مخازن ذخیره سیال. 4

1-2-1-     تاریخچه ایجاد مخازن. 4

1-2-2-     دسته بندی مخازن. 8

1-2-2-1- تقسیم بندی مخازن از لحاظ جنس دیواره مخزن : (بتنی- فولادی-چوبی) 8

1-2-2-2- تقسیم بندی مخازن از لحاظ  وضعیت قرار گیری.. 8

1-2-2-3- تقسیم بندی مخازن از لحاظ  شکل آنها 8

1-2-2-4- تقسیم بندی مخازن از لحاظ نسبت قطر به ارتفاع مخزن. 9

1-2-2-5- تقسیم بندی مخازن از لحاظ نوع  پی و نحوه قرار گیری مخزن بر روی پی.. 9

1-2-2-6- تقسیم بندی مخازن از لحاظ نوع سقف آنها 10

1-2-3-     آسیب های محتمل وارده به مخازن. 11

1-3-    اهداف تحقیق.. 12

1-4-    نحوه رویکرد به تحقیق و گستره کار. 13

فصل 2-     مروری بر تاریخچه مطالعات صورت گرفته. 14

2-1-    مرور تحقیقات گذشته. 15

2-2-    مدل هاوسنر. 20

2-3-    مدل ولتسوس… 24

2-3-1-     نتایج تحلیل مخازن صلب… 24

2-3-2-     نتایج تحلیل مخازن انعطاف پذیر. 26

2-4-    مدل ملهوترا 27

فصل 3-     مدل سازی و صحت سنجی مدل. 30

3-1-    روش مدل سازی.. 31

3-1-1-     المان میراگر  32

3-2-    مدل سازی خاک… 32

3-2-1-     تعریف مصالح خاک و مشخص نمودن مدل خاک(بر اساس صفحه کسیختگی خاک) 32

3-2-2-     مدل میرایی خاک… 34

3-2-3-     مرز های جاذب… 34

3-3-    مدل سازی مخزن. 37

3-4-    مدل سازی سیال. 39

3-5-    بحث در مورد اندر کنش های موجود. 39

3-6-    صحت سنجی مدل سیال و مخزن. 42

3-6-1-     اعمال وزن سیال و بررسی صحت توزیع فشار هیدرواستاتیکی در کف مخزن. 42

3-6-1-1- بررسی نتایج مخزن عریض….. 42

3-6-1-2- بررسی نتایج مخزن بلند. 43

3-6-2-     اعمال شتاب افقی ثابت و بررسی شیب سطح سیال. 44

3-6-2-1- بررسی نتایج مخزن عریض….. 44

3-6-2-2- بررسی نتایج مخزن بلند. 45

3-6-3-     اعمال شتاب هارمونیک برای محاسبه پریود نوسانی سطح سیال. 46

3-6-3-1- نتایج مخزن عریض. 47

3-6-3-2- نتایج مخزن بلند…… …………………………………………………………………………………………………..48

3-6-4-     بررسی میزان تنش های محیطی ایجاد شده در پوسته مخزن. 49

3-6-4-1- بررسی نتایج مخزن عریض….. 50

3-6-4-2- بررسی نتایج مخزن بلند. 52

3-6-5-     صحت سنجی کلی سیستم سیال-مخزن- پی.. 53

3-6-5-1- مشخصات مخزن و تحریک در تحقیق آزمایشگاهی کمبرا: 54

3-6-5-2- مدل سازی مدل آزمایشگاهی در برنامه المان محدو ABAQUS. 55

فصل 4-      تحلیل و ارائه نتایج.. 57

4-1-    روش تحلیل در نرم افزار ABAQUS. 58

4-2-    رکورد های انتخابی.. 59

4-3-    معرفی تمامی آنالیز های مد نظر. 60

4-4-    تحلیل  و نتایج آن. 62

4-4-1-     پارامترهای هدف در تحلیل.. 62

4-5-    بررسی اثر جنس مصالح مصرفی بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی.. 64

4-5-1-     بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Kobe. 64

4-5-2-     بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Northridg. 65

4-5-3-     بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Manjil 66

4-5-4-     بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Kobe. 67

4-5-5-     بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Northridg. 68

4-5-6-     بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Manjil 69

4-5-7-     بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Kobe. 70

4-5-8-     بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Northridge. 71

4-5-9-     بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Manjil 72

4-5-10-   بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Kobe. 73

4-5-11-   بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Northridge. 74

4-5-12-   بررسی اثر جنس مصالح بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Manjil 75

4-6-    بررسی اثر ضخامت دیواره مخزن بر رفتار لرزهای مخازن رو زمینی فولادی.. 76

4-6-1-     بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Kobe. 76

4-6-2-     بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Northri 77

4-6-3-     بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Manjil 78

4-6-4-     بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Kobe. 79

4-6-5-     بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Northri 80

4-6-6-     بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Manjil 81

4-6-7-     بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Kobe. 82

4-6-8-     بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Northridg. 83

4-6-9-     بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Manjil 84

4-6-10-   بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Kobe. 85

4-6-11-   بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Northridge. 86

4-6-12-   بررسی اثر ضخامت دیواره بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Manjil 87

4-7-    بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی.. 88

4-7-1-     بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Kobe. 88

4-7-2-     بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Northrid. 89

4-7-3-     بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده عریض تحت زلزله Manjil 90

4-7-4-     بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Kobe. 91

4-7-5-     بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Northrid. 92

4-7-6-     بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده عریض تحت زلزله Manjil 93

4-7-7-     بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Kobe. 94

4-7-8-     بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Northridge. 95

4-7-9-     بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار نشده بلند تحت زلزله Manjil 96

4-7-10-   بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Kobe. 97

 

4-7-11-   بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Northridge. 98

4-7-12-   بررسی اثر سطح تراز آب بر رفتار لرزه ای مخازن مهار شده بلند تحت زلزله Manjil 99

4-8-    بررسی اثر مهار شدگی و مهار نشدگی بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی.. 100

4-8-1-     بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن عریض تحت زلزله Kobe. 100

4-8-2-     بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن عریض تحت زلزله Northridge. 101

4-8-3-     بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن عریض تحت زلزله Manjil 102

4-8-4-     بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن بلند تحت زلزله Kobe. 103

4-8-5-     بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن بلند تحت زلزله Northridge. 104

4-8-6-     بررسی اثر مهار شدگی بر رفتار لرزه ای مخازن بلند تحت زلزله Manjil 105

فصل 5-     بررسی و تفسیر نتایج.. 106

5-1-    بررسی اثر جنس مصالح مصرفی بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی.. 107

5-1-1-     مخازن عریض     107

5-1-1-1- مخازن مهار نشده…. 107

5-1-1-2- مخازن مهار شده….. 107

5-1-2-     مخازن بلند.. 108

5-1-2-1- مخازن مهار نشده…. 108

5-1-2-2- مخازن مهار شده….. 108

5-2-    بررسی اثر ضخامت دیواره مخزن بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی.. 109

5-2-1-     مخازن عریض     109

5-2-1-1- مخازن مهار نشده…. 109

5-2-1-2- مخازن مهار شده….. 109

5-2-2-     مخازن بلند.. 110

5-2-2-1- مخازن مهار نشده…. 110

5-2-2-2- مخازن مهار شده….. 110

5-3-    بررسی اثر سطح تراز سیال بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی.. 110

5-3-1-     مخازن عریض     110

5-3-1-1- مخازن مهار نشده…. 110

5-3-1-2- مخازن مهار شده….. 111

5-3-2-     مخازن بلند… 111

5-3-2-1- مخازن مهار نشده……. 111

5-3-2-2- مخازن مهار شده…… 111

5-4-    بررسی اثر مهار شدگی و مهار نشدگی بر رفتار لرزه ای مخازن رو زمینی فولادی.. 111

5-4-1-     مخازن عریض     111

5-4-2-     مخازن بلند.. 112

5-5-    پیشنهادات   113

مراجع :………….. 114

چکیده:

مخازن ذخیره سیال از اجزاء بسیار مهم در شرایانهای حیاتی به حساب می آیند. با توجه به آسیب های وارده از طرف زمین لرزه های گذشته بر مخازن بررسی لرزه ای این مخازن و طرح مخازن مقاومتر در برابر زمین لرزه ها ضروری می باشد. محققان زیادی از گذشته تا کنون بر روی جنبه های مختلف رفتار مخازن تحقیق نموده اند اما هنوز نیز جنبه های گسترده ای از رفتار مخازن خصوصا رفتار لرزه ای آن ها ناشناخته می باشد. در این تحقیق به بررسی تأثیر ضخامت ورق های دیواره مخزن و همچنین تأثیر نوع فولاد مورد استفاده در دیواره مخازن بر روی رفتار لرزه ای مخازن ذخیره سیال استوانه ای رو زمینی فولادی در دو حالت مهار شده و مهار نشده می پردازیم، همچنین مورد دیگری که در این تحقیق مورد بررسی قرار می گیرد تأثیر تراز سطح آب شامل حالات پر و نیمه پر و خالی بر رفتار لرزه ای مخازن می باشد. برای این منظور از دو نوع مخزن عریض و بلند با نسبت ارتفاع به قطر های0.343 و1.53 استفاده شده است که این مخازن تحت 3 شتاب نگاشت منتخب قرار گرفته اند. برای تحلیل مسئله از روش المان های محدود به کمک نرم افزار المان محدود ABAQUS استفاده شده و برای مدل سازی مجموعه سیال ,مخزن ,پی و خاک از روش مدل سازی مستقیم استفاده شده است، به این ترتیب تمامی اندرکنش های موجود یعنی اندرکنش های سیال- سازه- خاک لحاظ گردیده اند. همچنین برای مدل سازی خاک از مدل رفتاری دراگر-پراگر استفاده شده و در اطراف توده خاک و در فاصله ای مناسب به منظور جلوگیری از بازگشت امواج از مرزهای جاذب استفاده شده است.

 

کلمات کلیدی: مخازن ذخیره سیال, تحلیل لرزه ای, روش المانهای محدود, اندرکنش سیال-سازه- خاک

1-1-          مقدمه و ضرورت مطالعه

مخازن ذخیره سیال از اجزاء بسیار مهم و حیاتی در صنایع به حساب می آیند. از مخازن به صورت گسترده برای ذخیره سازی و نگهداری سیالات در صنایع پتروشیمی و همچنین نگهداری انواع سیالات در صنایع مختلف استفاده می شود و حتی این مخازن از تجهیزات اصلی تأمین آب شرب شهرها می باشند، لذا باید به این نکته توجه نمود که آسیب هایی که به مخازن ذخیره سیال وارد می شوند می توانند زیان هایی به مراتب وسیع تر از هزینه های مالی در بر داشته باشند. مانند آسیب های وارد شده به مخازن تأمین آب شرب در زلزله 1933Long beach  و زلزله 1971San Fernando  که آبرسانی عمومی شهر را با مشکلات جدی روبرو نمود، و یا خرابی های وارد شده به مخازن ذخیره سیالات قابل احتراق که قادر اند آتشسوزی های غیر قابل مهاری را پیش آورد مانند آنچه در زلزله 1964Niigata  و یا در زلزله 1964Alaska  رخ داد. لذا شناسایی رفتار مخازن و طراحی و ساخت مخازنی مقاوم تر همواره مد نظر محققان بوده است و تحقیقات گسترده ای چه به صورت تئوری و چه به صورت آزمایشگاهی در این زمینه صورت گرفته است.

عوامل مختلفی می توانند منشاء آسیب دیدگی مخازن ذخیره سیال باشند، در این بین باید به خطرات وارده از طرف زمین لرزه ها توجه ویژه ای نمود زیرا در سال های گذشته مخازن متعددی در کشورهای مختلف تحت تأثیرات زمین لرزه ها دچار آسیب های شدید شده اند. بنابر این بررسی لرزه ای  مخازن و طرح مخازن مقاومتر در برابر زمین لرزه ها ضروری است.

مخازن ذخیره سیال در طرح های گوناگونی یافت می شوند که می توان در یک نگاه کلی آنها را به مخازن ذخیره هوایی, مخازن ذخیره روزمینی و مخازن ذخیره زیر زمینی (مدفون یا نیمه مدفون) تقسیم بندی نمود. در این بین مخازن روزمینی به دلیل مزیت هایی (ظرفیت بالاتر , سهولت اجرا ,ایمنی بیشتر و …) که دارند متداولتر می باشند. مخازن هوایی بیشتر برای تأمین فشار مناسب آب و همچنین مخازن مدفون در غالب موارد برای نگهداری سوخت در مناطق شهری مانند پمپ بنزین ها استفاده می شوند. اما مخازن روزمینی در صنایع مختلف و با ابعاد و کارایی های متنوع از مخازنی با قطرهای چند متر تا چند صد متر مورد استفاده قرار می گیرند.

این مخازن را در یک دسته بندی کلی دیگر می توان به مخازن مهار شده و مهار نشده در پی تقسیم نمود در حالت مهار نشده معمولا مخزن بر روی یک پی منعطف قرار می گیرد و اجرای آن نسبت به مخازن مهار شده ساده تر می باشد. اما بررسی های صورت گرفته در زمین لرزه های گذشته نشان داده اند که مخازن مهار نشده نسبت به مخازن مهار شده آسیب پذیر تر بوده اند. در حالت مهار شده مخزن بر روی پی مهار می شود و این موضوع کمک زیادی به جلوگیری از بلند شدگی مخزن می نماید اما مخاطرات و مشکلاتی را نیز به همراه دارد که می توان به احتمال پاره شدگی دیواره مخزن و یا بلند شدگی مخزن به همراه پی آن بر اثر شتاب های افقی و عمودی حرکت زمین  اشاره نمود. لذا داشتن شناخت بیشتر و کامل تر از رفتار پی مخازن و تأثیر رفتار پی بر رفتار مخازن در دو حالت مهار شده و مهار نشده ضروری است, خصوصا در کشور ما که با توجه به دارا بودن مقادیر بالای ذخایر نفت خام در صنایع نفت و پتروشیمی خود نیازمند به کارگیری مخازن در حجم گسترده ای می باشد.   

1-2-          آشنایی با مخازن ذخیره سیال

1-2-1-     تاریخچه ایجاد مخازن

اولین چاه نفت موفق در آمریکا و در سال 1859 در Titusville حفر گردید و با شروع استخراج نفت بحث چگونگی ذخیره سازی آن در حجم های گسترده به وجود آمد. برای این امر در ابتدا از بشکه های چوبی برای ذخیره نفت استفاده شد اما این روش به هیچ عنوان مناسب نبود، لذا سعی شد مخازن بزرگتری از جنس چوب ساخته شود به نحوی که با حلقه های فلزی مقاوم گردند اما این مورد هم چندان کار آمد نبود و بر اثر تغییر دمای این مخازن چوبی درز های آن ها نمایان شده و نشت زیادی پیش می آمد. سر انجام بشکه های چوبی جای خود را به بشکه های فلزی دادند که تا به امروز هم مورد استفاده قرار می گیرند. اگر چه این بشکه ها از نظر نشت و بهداشت نگه داری چندان رضایت بخش نیستند اما امروزه آمریکا به تنهایی نیم میلیون بشکه فلزی در چرخه دارد.

شکل‏1‑1– بشکه های چوبی اولیه(سمت راست) ، بشکه های فلزی (سمت چپ)
اما موادی که بلافاصله نباید مصرف شوند باید برای مصرف در محل مناسبی ذخیره شوند. به این ترتیب مخازن ذخیره سیال شکل گرفتند، اولین مخزن در سال 1896 در Hull و با قطر 23.7 متر و ارتفاع 9.14 متر ساخته شد. (البته این مخزن اولین مخزن بزرگ به حساب می آید و قبل از آن مخازن کوچک زیادی عمدتا از چوب ساخته شده اند) در سال 1892، Marcus Samuel  از شرکت SHELL  دستور گرفت 8 مخزن بزرگ ذخیره نفت با حجم هایی بین 5000 تا 14700 تن بسازد به این ترتیب فاز ایجاد و ساخت مخازن آغاز گردید. بعد از این بود که مالکان، تولید کنندگان وشرکت های بیمه کننده اولین گروه را برای نگارش آئین نامه های طراحی مخازن به وجود آوردند که