1887  

طراحی مخزن فولادی و بتنی، محاسبه ارتفاع اسلاشینگ مخازن

تلاطم  به مفهوم نوسان مايع در اثر ايجاد تحريک هايي از قبيل جابجايي ناگهاني و اعمال شتاب مي باشد که در اثر اين نوسان، نيروها و گشتاورهايي به ظرف محتوي آن و يا سازه هاي داخل مايع اعمال مي گردد. تلاطم سبب بروز خرابي در مخازن هنگام وقوع زلزله مي باشد. جهت کنترل پديده تلاطم روش هاي مختلفي ارائه شده است که عمده آن استفاده از ديواره هاي ميراکننده  مي باشد. مخازن داراي سقف هاي شناور تحت اثر زلزله، خسارت هاي مالي قابل توجهي داشته اند. با توجه به احتمال بالاي آتش سوزي در اين مخازن و غرق شدن سقف ها در زلزله هاي گذشته، بررسي رفتار اين مخازن از لحاظ استراتژيک و اقتصادي حائز اهميت مي باشد. بنابر مطالب مطرح شده و اهميت مطالعه بر روي کنترل رفتار لرزه اي سقف شناور، هدف اصلي اين پروژه ارائه روشي نوين جهت کنترل رفتار لرزه اي سقف شناور و جلوگيري از غرق شدن يا آتش گرفتن آن مي باشد. در اين روش با  استفاده از ميرايي ذاتي سيال و به کارگيري بافل حلقوی آويخته  از سقف مخزن و غرق شده در سيال که در نزدیکی کف مخزن مسقر می گردد، سعي بر آن است که بتوان دامنه حرکت سقف شناور را با استفاده از ميرايي ناشی از حرکت حلقه آويخته در سيال، کنترل نمود. ابتدا کارایی ايدۀ پيشنهادي با سه عمق مختلف سیال، در حالات سقف شناور تنها و سقف شناور به همراه بافل با پهناهای متفاوت، تحت اثر بارهای هارمونیک و لرزه ای در آزمايشگاه بررسي شد، و میزان تاثیر بافل در کاهش تلاطم مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به استخراج معادلات دینامیکی حاکم بر پدیده تلاطم سیال همراه با سقف شناور و نیز همراه با بافل حلقوی آویخته با استفاده از معادلات لاگرانژ، تابع پتانسیل سرعت و نیروی مقاومت سیال پرداخته شد. شایان ذکر است که در فرمول بندی سقف شناور و بافل صلب فرض شده اند. سپس با تدوین یک برنامه در محیط نرم افزار متلب  با تحلیل های مکرر و مقایسه نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی تا حصول اطمینان از تطابق زمان تناوب تلاطم تحلیلی با آزمایشگاهی و نزدیکی کافی تاریخچه های تلاطم سقف شناور، حاصل از بررسی های آزمایشگاهی و تحلیلی تحت اثر تحریکات هارمونیک و لرزه ای، در دو حالت با و بدون بافل، برنامه نوشته شده جهت بدست آوردن حداکثر دامنه تلاطم، مورد تدقیق و تکمیل قرار گرفت. نتایج نشان داده است که ايده بکارگیری بافل حلقوی آویخته، می تواند دامنه تلاطم را به صورت ميانگين 40 درصد کاهش می دهد. از مقایسه پاسخ های تحلیلی و آزمایشگاهی، می توان نتیجه گرفت که با وجود ترم هاي غيرخطي ناشي از ميرايي سيال و پیچیدگی رفتار شل افتادگی نخ های نگهدارندۀ بافل و تفاوت رفتار بافل در حرکات به سمت بالا و پایین،  نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی به صورت میانگین در حالت تحریکات هارمونیک و  لرزه ای بیش از 90 درصد با هم تطابق دارند.

در شهرها و مجموعه هاي صنعتي، همواره مايعاتي از قبيل آب و مواد سوختي دائما در حال مصرف ميباشند که اين سيالات بايد از محل توليد به محل مصرف حمل شوند. اما مشكل از آنجا ناشي مي شود كه مقدار توليد و مصرف، حتي در طي يك شبانه روز، تغيير قابل توجهي داشته و طراحي سيستم حمل و نقل براي اوج مصرف، بسيار هزينه بر، غير اقتصادي و نامطمئن خواهد بود. از اين رو مهندسان هيدروليك، آب و نفت، سيستم انتقال سيالات را براي مقدار مصرف ميانگين طراحي كرده و از مخازن ذخيره در محل مصرف بهره مي برند. اين مخازن در زمان هايي كه مقدار مصرف پايين است، سيال را در خود ذخيره كرده و در زمان اوج مصرف، مقدار كمبود در سيستم انتقال را تامين مي كنند.
می توان مخازن را از دیدگاه های زیر طبقه بندي نمود:
    نوع ماده¬ي درون مخزن مانند: مواد نفتي، مواد بسيار فرار و آتش زا ، آب آشاميدني، آب غير آشاميدني.
    اختلاف تراز كف مخزن از زمين كه به سه نوع: مدفون، نيمه مدفون و هوايي تقسيم مي شوند.
    جنس مواد تشكيل دهنده مانند: بتن، فولاد.
    شكل هندسي مخزن مانند: مستطيلي، استوانه، كروي.
    نوع سقف مخزن مانند: سقف ثابت، سقف شناور.


مخازن داراي سقف شناور


اين مخازن بيشتر در صنعت نفت و پتروشيمي براي ذخيرۀ مواد بسيار فرار و گران قيمت استفاده مي شود. در اين مخازن، سقف بر روي سيال شناور است و با پمپاژ سيال به داخل مخزن، به سمت بالا و با خروج سيال به سمت پايين حرکت مي کند. اين مخازن در كاهش تبخير مواد از داخل مخزن و نيز كاهش خطر انفجار بسيار موثر عمل مي كنند. در حالت كلي مخازن با سقف شناور به دو دسته تقسيم مي شوند:
•    مخازن با سقف شناور داخلي
•    مخازن باسقف شناور خارجي
مخازن با سقف شناور داخلي داراي يك سقف ثابت در بالاي مخرن مي باشند ولي مخازن با سقف شناور خارجي تنها داراي يک سقف شناور بر روي سيال مي باشند که  در شکل مشاهده مي شوند.

محاسبه اسلاشینگ مخازن


انواع سقف هاي شناور

مي دانيم كه براي تامين شناوري هر جسمي بايد نيرويي برابر ولي در خلاف جهت وزنش به آن وارد كنيم. براي ايجاد نيروي شناوري در سقف¬هاي شناور، بايد قسمتي از سقف در سيال غوطه ور شود كه مقدار حجم آن  با توجه به قانون ارشميدس از زابطه زير بدست مي آيد:

V=  W/γ

كه در آن: W وزن سقف، γ وزن واحد حجم سيال و V حجم فرو رفته از سقف در داخل سيال است.
بنابراين سقف بايد داراي اجزايي باشد كه وزن مخصوص آنها نسبت به سيال درون مخزن بسيار كمتر است. در نتيجه با ورود اين اجزا به داخل سيال، نيروي شناوري كافي براي خنثي كردن وزن سقف تامين مي شود. سقف هاي شناور معمولا از فولاد ساخته مي شوند كه داراي وزن مخصوصي در حدود 8 تن بر متر مکعب مي باشند، بنابراين بايد با ايجاد محفظه هايي از هوا در قسمت هايي از سقف، وزن مخصوص آن كاهش يابد، به اين محفظه¬ها پانتون (Pontoon) گفته مي شود.
برحسب نوع تامين نيروي شناوري، اين سقف ها را به سه دسته كلي تقسيم مي كنند:
    با عرشه ي تشتكي (Pan type)
    با  عرشه ي يک لايه (Annular pontoon type or Single deck type)
    با  عرشه ي دو لايه (Double deck type)
نوع تشتكي آن از دو قسمت تشكيل شده است: الف) صفحه مدوري از فولاد كه قطر آن اندكي از قطر مخزن كمتر است. ب) ورقي از فولاد كه در محيط صفحه فوق و بصورت عمود بر آن متصل شده است، درنتيجه اين نوع سقف شناور شكلي شبيه تشت يا ماهي تابه خواهد داشت.
سقف ها از نوع يك عرشه اي از دو قسمت تشكيل شده اند: الف) قسمت مركزي كه در واقع يك صفحه مدور است.  ب) قسمت محيطي كه متشكل از دو صفحه با فاصله اندك در راستاي قائم است كه در واقع همان پانتون مي باشد كه براي تامين نيروي شناوري تعبيه شده است.

محاسبه اسلاشینگ مخازن


تجهيزات سقف هاي شناور


تجهيزات لازم جهت آب بندنمودن سقف

قطر تمام سقف هاي شناور كوچك تر از قطر مخزن مي باشد تا امكان حركت در جهت قائم را فراهم آورد. از آنجا كه مواد بسيار فرار و آتش زا در اين مخازن ذخيره مي شوند، نبايد با هواي آزاد در تماس باشند، بنابراين بايد اين فضاي آزاد با مواد و مصالح غير قابل نفوذ پوشيده شوند. مكانيزمي كه براي درزگيري اين فضا و در عين حال فراهم نمودن آزادي براي حركت قائم سقف استفاده مي شود، عايق بندي  ناميده مي شود.
بخش اصلي سيستم عايق بندي از منسوجات منعطف اشباع شده و غيرقابل نفوذ مي باشد که به عنوان مثال می توان از نئوپرن (neoprene) نام برد. اين منسوجات در يك انتها به قسمت فوقاني سقف شناور متصل هستند. اما مكاني براي اتصال انتهاي ديگر به طوري كه فضاي باز پوشيده شود وجود ندارد. به همين دليل از عضوي به نام كفش (shoe) استفاده مي¬شود. اين اعضا صفحات فولادي مي¬باشند كه با اعضايي به ديواره مخزن فشرده مي شوند. منسوجات به قسمت فوقاني كفش كه داراي يك توآمدگي مي-باشد، متصل شده اند. ارتفاع كفش ها را به گونه اي انتخاب مي كنند كه لبه پاييني آن در سيال غرق شود و بدين ترتيب تبخير سيال از فضاي احتمالي بين جداره مخزن و كفش به حداقل برسد. البته گاهي براي كاهش تبخير از فضاي بين كفش و جداره از عايق بندي ثانويه (secondary sealing)
بهره مي برند. سيستم، بگونه اي طراحي مي شود كه حالت ارتجاعي داشته و در صورت جابجايي افقي سقف نسبت به مخزن، يك نيروي بازگرداننده سقف را به محل اوليه خود بازگرداند. (شايان ذکر است، در مراحل سرويس سقف بارهاي جانبي به سقف وارد مي شوند که سبب جابه جايي افقي آن مي گردند.)

نردبان

از ديگر عناصر مخازن نردبان مي باشد. در مخازن با سقف ثابت، تنها يك نردبان در قسمت پيراموني مخزن كافي است اما در مخازن داراي سقف شناور بايد نردبان ديگري در داخل مخزن براي انتقال نيروي انساني به روي سقف فراهم شود. با توجه به حركت قائم سقف، نمی¬توان از نردبان هاي معمول با ارتفاع ثابت استفاده كرد. بنابراين بايد نردباني طراحي گردد كه علاوه بر اينكه ارتفاع لازم براي حركت از لبه فوقاني مخزن بر روي سقف را در تمامي حالات بهره برداري فراهم مي آورد، داراي ارتفاع پله ثابت و مطلوب باشد. براي حل اين موضوع اختراعات مختلفي در اداره ثبت اختراع آمريكا به ثبت رسيده است

تاسیسات زهکشي آب های ناشی از بارندگی روی سقف

سقف هاي مخازن سقف ثابت معمولا به شكل گنبدي يا مخروطي طراحي و ساخته مي شوند، در اينصورت برف و باران و گرد و غبار بر اثر مولفه وزن خود، از روي سقف به جداره خارجي مخزن حركت كرده و دفع مي شوند. در مخازن سقف شناور، به دليل پايين تر بودن سطح سقف نسبت به لبه هاي مخزن، نمی¬توان برف و باران را به روش فوق زهكشي كرد. در اين شرايط آب جمع شده بر روي سقف را بايد از روي لبه هاي مخزن پمپاژ كرد و يا از زير سقف و از داخل سيال به صورت ثقلي به خارج هدايت نمود. براي اين امر اختراعات مختلفي در اداره ثبت اختراع آمريكا به ثبت رسيده است.

ارائه روش هایی جهت کاهش تلاطم در مخازن سقف شناور

ارائه روش هایی جهت کاهش تلاطم در مخازن سقف شناور، به دهه شصت میلادی برمی گردد Yumoto, 1968[20].Matsui 2005–2007] به مطالعه تلاطم و اندرکنش دینامیکی بین سیال و سقف شناور تحت اثر زلزله پرداخت، او پیشنهاد نمود جهت کاهش پاسخ های لرزه ای، سقف های شناور تک لایه، با سقف های شناور دو لایه جایگزین شوند. او به بررسی رفتار لرزه ای سه نوع سقف شناور به صورت آزمایشگاهی و تحلیلی پرداخت. 1- در حالت رینگ پانتون (سقف شناور تک لایه)، 2- سقف شناور دو لایه 3- ترکیب حالت یک و دو. او به بررسی صحت پاسخ روابط تحلیلی بر اساس نتایج آزمایشگاه پرداخت. مدل آزمایشگاهی مورد مطالعه در این تحقیق یک مخزن به مقیاس یک صدم مخازن واقعی که به صورت معمول در صنعت نفت استفاده می شوند به حجم صدهزار مترمکعب بود. قطر مخزن آزمایشگاهی 80 سانتیمتر بود. علت آزمایش آنها، صحت سنجی روابط موجود دینامیکی در برآورد رفتار لرزه ای سقف شناور هنگام زلزله بود.
Sakai and Inoue (2005)   دو راهکار مخالف هم جهت کاهش  آسیب های مرتبط با تلاطم درمخازن با سقف شناور ارائه دادند. راه حل اول: با افزایش سختی سقف با افزودن چند سخت کننده به آن، برای جلوگیری از کمانش و یا استفاده از سقف های شناور دو لایه  به جای سقف های شناور تک لایه . راه حل دوم: کاهش سختی کلی سقف با گذاشتن مصالحی لاستیک مانند با سختی بسیار پایین و قابلیت تغییر شکل بالا، در راستای شعاع و محیط سقف شناور، بین سقف دو لایه با المان های سخت کننده، به نحوی که سقف شناور بتواند همراه با موج های بوجود آمده از تلاطم، تغییر شکل داده اما از ایجاد تنش های بزرگ به دور باشد و به این نحو بتواند عملکرد خود را تا انتهای تلاطم ناشی از لرزش حفظ کند. البته در آن مقاله به صورت مبسوط این دو ایده ارائه نشده است.
Sakai and Inoue (2008)  استفاده از میراگر ستون مایع تنظیم شده  را به عنوان یک روش کنترل کننده ارتعاشی سقف شناور پیشنهاد نموده اند، آنها نشان داده اند در صورت استفاده مناسب از این میراگرها می توان، حداکثر ارتفاع تلاطم را تحت تحریکی که مخزن را مورد تشدید قرار داده است به نصف کاهش داد، هرچند که در تحقیق خود گفته اند که واقعی کردن این نظریه احتیاج به تحقیقات بیشتر دارد. این محققین پس از زلزله 2003 توکاچی اوکی ژاپن با بزرگای 8 که تعداد زیادی از مخازن نفتی با سقف شناور را در توماکومی به خاطر تلاطم ایجاد شده در اثر زلزله با زمان تناوب (4 تا 8 ثانیه) بالا دچار آسیب نمود، چند روش مختلف شامل استفاده از جداسازها، میراگر ستون مایع تنظیم شونده را ارائه نمودند.
جداسازی لرزه ای نیز به عنوان یک راهکار جهت کاهش تلاطم مخازن سقف شناور ارائه شده است De Angelis, M., Giannini, R and Paolacci, F (2010) . در این تحقیق آنها ابتدا رفتار لرزه ای یک مخزن  فولادی سقف شناور را با استفاده از جداساز لرزه ای به صورت عددی بررسی کردند و پس از آن نتایج را با آزمایش میر لرزان بررسی کردند. ابعاد مخزن مدلسازی آنها، یک چهاردهم مخازن با ابعاد واقعی بود و آزمایشات را در دو حالت پایه ثابت و پایه جداسازی شده تنظیم نمودند. در حالت جداسازی شده دو نوع جداساز مورد استفاده قرار گرفت. مورد اول جداساز لاستیکی با میرایی بالا ، مورد دوم جداساز لغزشی همراه با میراکننده الاستو-پلاستیک . نتایج حاکی از آن بوده است که استفاده از هر دو نوع جداساز، فشار ایجاد شده روی دیواره مخزن را هنگام زلزله، کاهش می دهد اما از سوی مقابل، با استفاده از این جداسازها، اثر کمی در کاهش ارتفاع تلاطم و در پی آن کاهش جابه جایی سقف شناور، مشاهده شده است.
راهکاری دیگر مانند راهکار Sakai and Inoue (2005)  توسط محمود حسینی و فرشید جعفریه  جهت کاهش تنش و در پی آن کاهش آسیب به سقف های شناور هنگام تلاطم ارائه شد. اساس این روش تقسیم کلی سقف شناور به چند قطعه شعاعی و محیطی بود به نحوی که در میان قطعات از مصالح نرم با ظرفیت تغییر شکل بالا استفاده شود، چنانکه هنگام تلاطم سقف بتواند به راحتی بدون آنکه در آن تنش های مخرب ایجاد شود، تغییر شکل دهند. شایان ذکر است که هرچند این روش برای کاهش مقادیر تنش در سقف شناور بسیار موثر بود اما در کاهش ارتفاع تلاطم تاثیری قابل توجهی نداشت.
به عنوان راهکاری دیگر Haiyan and Yuezhou, 2013   جهت کاهش ارتفاع تلاطم در مخازن سقف شناور، نصب دمپرهای ویسکوز  یا اصطکاکی  را بین دیواره صلب مخزن و کنارۀ سقف شناور، به عنوان یک سیستم کنترلی غیرفعال ، پیشنهاد نمودند. مطالعات آنها نشان داد، دامنه ارتفاع تلاطم، تنش های فشاری قائم، تنش های کششی حلقوی  و ارتفاع برکندگی پایه مخزن همگی با تعیبه این دمپرها کاهش یافتند.  نتایج آن ها همچنین حاکی از آن بود که مقادیر مختلف پاسخ های لرزه ای در مخازن بزرگ هوایی نیز با استفاده از انواع مختلف دمپرها به صورت موثری، کاهش می یابد، هر چند از ویژگی های این دمپرها و جزئیات نحوه نصب آن ها در تحقیق انها ارائه نشده است.
در مطالعات گذشته، تلاش هایی برای تشکیل معادلات تحلیلی مربوط به زوایای مختلف رفتار دینامیکی سقف شناور، انجام شده است. این مطالعات بیشتر بر روی تعیین تنش های لرزه ای در قسمت های مختلف سقف شناور تمرکز کرده اند. ارزیابی این تنش ها کلید اصلی جهت تقویت لرزه ای و مقاوم سازی سقف های شناور می باشد. در این راستا تحقیقات جامعی توسط محمد علی گودرزی از سال 2013 تاکنون انجام شده است که در ادامه به این مقالات پرداخته شده است. مود دوم حرکت سقف های شناور تک لایه سبب تغییر شکل های عمود بر صفحه در سقف شناور تک لایه می شود که در نهایت خرابی این سقف ها را در پیش دارد. گودرزی و همکاران در این تحقیق به ارائه روشی ساده جهت بدست آوردن جمع شدگی سقف شناور تک لایه تحت اثر مود دوم پرداختند. آنها دراین راستا پنج مخزن سقف شناور را بررسی کردند و نتیجه معادلات ارائه شده آنها تطابق خوبی با نتایج آنالیز اجزاء محدود و آزمایشهای که در این زمینه سایر محققین انجام داده اند داشت. گودرزی در مقاله ای دیگر به ارائه یک روش تحلیلی جهت بدست آوردن میزان تنش های ایجاد شده در سقف شناور تک لایه، هنگام تحریکات لرزه ای و اثرات کاهنده سقف هاي شناور تک لايه در کاهش تلاطم پرداخته و فلوچارتي جهت طراحي سقف هاي شناور تک لايه ارائه کرده است. گودرزی در مقاله به بررسیپارامتر های مهم در طراحی لرزه مخازن سقف شناور دو لایه تحت اثر زلزله و ارائه یک روش کاربردی جهت ارزیابی تنش های ایجاد شده در سقف شناور پرداخته است. نتایج عددی او نشان می دهد اثرات غیر خطی هندسی می تواند به صورت قابل توجهی تنش ها را در سقف شناور کاهش دهد، اما تاثیر قابل توجهی بر روی کاهش دامنه تلاطم و فشار های ایجاد شده زیر سقف ندارد. او همچنین نشان داد که جابجایی سقف شناور و فشار هیدرواستاتیک ایجاد شده روی صفحه پایینی سقف شناور باید در طراحی سقف لرزه ای سقف شناور در نظر گرفته شوند. گودرزي، صباغ يزدي و Marx به بررسي اثر ديواره هاي  ميراکننده، در مخازن مستطيلي تحت تحريکات ديناميکي پرداخته اند. تیغه دیوارها به طولی تقریبا یکدهم قطر مخزن، به صورت افقی و قائم در حالات مختلف از کف و دیوار مخزن به داخل سیال وارد می شد. در اين تحقيق آن ها با استفاده از آزمايش و مفاهيم موجود، روشي تحليلي جهت بدست آوردن درصد ميرايي هيدروليکي ارائه نموده¬اند. با توجه به نتايج آن ها اين مقدار ميرايي به صورت قابل توجهي تابع محل و بزرگي تيغه هاي ميراکننده مي باشد. در تلاشي ديگر گودرزي و صباغ يزدي به ارزيابي اثربخشي ديواره هاي فوقاني ميراکننده در مقايسه با ديواره هاي ميراکننده متداول در مخازن مستطيلي پرداخته¬اند. در اين تحقيق آن¬ها با استفاده از آزمايشات انجام شده درصد ميرايي هيدروديناميکي را در دو حالت استفاده از تيغه هاي بالايي و پاييني و استفاده از آرايش تيغه هاي افقي، مقايسه نموده اند، همچنين روابط تحليلي موجود را بسط داده و صحت روابط پيشنهاديشان را با آزمايش هاي که انجام داده اند، سنجيده اند. در فعاليتي ديگر گودرزي   به بسط روشي تحليلي جهت ارزيابي اندرکنش هاي ديناميکي پرداخته است.
حسيني و فرشاد منش  در مقاله اي با عنوان "ارزيابي  تأثير تيغه هاي ميراکننده چندگانه قائم در پديده تلاطم مخازن مستطیلی تحت تحريکات سه مولفه اي زلزله" به بررسي کارايي حضور ديواره¬هاي موازي و در راستاي موج (عمود بر هم) در مقايسه با ديواره هاي يک جهته پرداختند. نتايج تحليل هاي عددي آن ها تحت تحريکات زلزله هاي مختلف حاکي از آن است که تنها استفاده از 2 تيغه عمود بر هم 40 درصد حداکثر ارتفاع سيال را کاهش مي دهد. همچنين نتايج نشان داد که مولفه قائم زلزله تأثير قابل توجهي در ارتفاع تلاطم ندارد. با توجه به آنکه تحليل هاي غير خطي تاريخچه زماني بسيار وقت گير هستند، حسيني، شادروان و فرشاد منش  به ارائه روند ساده جهت ارزيابي تأثير آرايش تيغه هاي ميراکننده بر روي پديده تلاطم در مخازن مستطيلي  تحت تحريکات سه مولفه اي زلزله با استفاده از روش حجم محدود  و شبکه عصبي مصنوعي  پرداختند. نتايج مطالعات ايشان نشان مي دهد، تطابق خوبي بين نتايج روش پيشنهادي آن ها در برآورد پارامترهاي تلاطم در  مقايسه با روش هاي زمان بر موجود است. در تلاشي ديگر حسيني، وثوقي فر و فرشاد منش [Hosseini; Vosoughifar and Farshadmanesh; 2013] به ارائه یک روش تحليلي ديناميکي ساده جهت مدلسازي رفتار تلاطم در مخازن مستطيلي همراه با ديواره هاي قائم چند گانه پرداخته اند.
يکي ديگر از روشهاي بهبود رفتار لرزه‌اي سازه‌ها، جداسازي لرزه‌اي مي‌باشد. اين روش عبارت است از نصب مکانيزم هايي که سازه يا اجزاي آن را از حرکات زمين يا تکيه‌گاه تا حدي جدا مي نمايند. در اين روش با نرم نمودن مد اصلي سيستم، انرژي ورودي و نيروهاي وارد به سازه کاهش يافته، ولي تغيير مکانهاي آن افزايش مي¬يابد. افزايش ميرايي سيستم، علاوه بر کنترل اين تغيير مکانها، مي‌تواند موجب کاهش مضاعف نيروهاي وارد بر سازه گردد. ملکي و ضيايي فر در مورد امکان استفاده از تيغه هاي ميراکننده در مخازن استوانه اي ذخيره مايعات جداسازي شده تحت تحريک زلزله  جهت کاهش پاسخ هاي لرزه اي به تحقيق پرداخته اند. نتايج تحليل هاي انجام شده حاکي از آن است که تيغه‌ها در مخازن ذخيره استوانه‌اي تأثير قابل توجهي بر کاهش دامنه تلاطم دارند که تأثير آنها در مخازن جداسازي لرزه‌اي شده بيشتر مي¬باشد. همچنين تيغه ها باعث کاهش تغيير مکان پايه در مخازن جداسازي لرزه‌اي شده ميگردند. با تحليل¬هايي که بر مخازن مختلف تحت اثر زلزله‌هاي متفاوت و با فرضهاي منطقي در مورد تيغه‌هاي رينگي انجام شدند، نشان داده شد در حاليكه استفاده از تيغه ها در مخازن با پايه ثابت تاثير زيادي بر برش پايه ندارد، در مخازن جداسازي شده استفاده از تيغه هاي رينگي مي‌تواند باعث كاهش آن تا بيش از 6% بطور متوسط گردد. همچنين می توان ديد كه جداسازي لرزه اي باعث كاهش برش پايه تا 70% نسبت به مخازن با پايه ثابت مي گردد.
مسئله مهم ديگر در بررسي رفتار لرزه¬اي مخازن نفتي با سقف شناور، ايجاد فاصله بين سقف مخزن و ديواره هنگام وقوع زلزله مي باشد. حسيني، سرور، سردار و جعفري به ارائه روشي ساده جهت بررسي حداکثر فاصله¬ي ميان سقف و ديواره، پرداخته اند. در اين فعاليت مخازن نفتي با سقف شناور واقع در جزيره خارگ به صورت موردي با استفاد از تکنيک اجزاء محدود مورد بررسي قرار گرفته اند. در اين تلاش جهت ارائه روشي ساده فرض شده است سقف شناور اثر تلاطم سيال را گرفته و المان هاي بين سقف و ديواره با استفاده از فنرهايي که تنها فشار را تحمل مي کنند پر شده اند. سقف صلب و ديواره با استفاده از المان هاي  پوسته ای  به صورت سه بعدي در نرم افزار آباکوس  مدل شدهاند. اثر ضربه¬اي قسمت پايين سيال در مخزن به صورت جرم اضافه بر روي ديواره در نظر گرفته شده است. در روش پيشنهادي فرض شده است در صورتيکه فاصله بين سقف و ديواره از حداکثر جابه جايي مجاز فنرهاي مدل شده بيشتر باشد، مخزن آسيب پذير مي باشد. حسيني، جعفريه، در راستاي بهبود عملکرد لرزه اي سقف هاي شناور، با تقسيم سقف به چند قسمت انعطاف پذير، به ارائه روشي جهت شکسته نشدن و آتش نگرفتن مخازن همراه با سقف شناور هنگام زلزله پرداخته اند. از معایب این روش مشکلات موجود در عملی ساختن آن در مقیاس واقعی می باشد. این تحقیق به صورت تحلیلی و با استفاده از نرم افزار اجزا محدود ANSYS انجام شده است و راستی آزمایی آن با آزمایش انجام نشده است.
 موضوع مهم ديگر در مخازن داراي سقف شناور بدست آوردن تنش هاي لرزه اي و انجام فعاليت هاي تحليلي جهت تشخيص مکانيسم خرابي مخازن با سقف شناور مي باشد. گودرزي  به بررسي پاسخ لرزه اي سقف هاي شناور تک لايه ناشي از مد دوم تلاطم پرداخته است. مد دوم تلاطم، سقف را دچار تغيير شکل هاي عمود بر صفحه مي نمايد. اين تغيير شکل ها سبب جمع شدگي سقف و تغيير شکل بيضوي پانتون  مي شوند. در اين تلاش روشي تحليلي جهت بدست آوردن جمع شدگي پانتون ارائه شده است و با تحليل عددي 5 مخزن به صحت سنجي روابط پرداخته شده است.
در راستای تشکیل معادلات حاکم بر پدیده تلاطم، معادلات بايد به نحوي باشند که نيرو و لنگر هاي وارد شده بر ديواره مخزن را هنگام تحريک در آزمايشات به درستي برآورد کنند. ابراهیم  تا سال 2005 ادبیات مربوط به این موضوع را به خوبی در کتاب خود ارائه کرده است.
استفاده از بافل مدور ثابت به دیواره  جهت کاهش ارتفاع تلاطم به سال 1963 میلادی برمی گردد، گارزا و آبرامسون  تعدادی آزمایش در مخازن استوانه با حضور بافل ثابت در دیواره انجام دادند و متوجه شدند که زمان تناوب ارتعاش آزاد سطح، وابسته به مساحت بافل و ارتفاع آن از کف مخزن، می باشد. ماتسویی در سال 2007 میلادی به ارائه روشی تحلیلی جهت بدست آوردن تاریخچه پاسخ تلاطم سقف شناور تحت اثر زلزله در مخزن استوانه ای ذخیره سیال با سقف شناور، با استفاده از معادلات لاگرانژ پرداخته است. در روش او سیال غیرلزج، غیرچرخشی و تراکم ناپذیر فرض شده است و سقف شناور را به صورت صفحه الاستیک و ایزوتروپیک فرض شده است. او اندرکنش سقف و سیال را با استفاده از تابع پتانسیل سرعت در نظر گرفته است و در نهایت با تعداد حل عددی به صحت سنجی روابط خود پرداخته است، این مقاله یکی از مراجع اصلی معادلات تشکیل شده در این پایان نامه می باشد. او در ادامه مطالعات خود به ارائه یک روش تحلیلی صریح برای حل مسئله تلاطم  در مخازن استوانه ای با سقف شناور ساده تک لایه همراه با پانتون، تحت تحریک لرزه ای، پرداخته است. سقف شناور تک لایه پانتونی، از یک عرشه داخلی (که در مدل ها به صورت یک صفحه الاستیک ایزوتروپیک با ضخامت و جرم یکنواخت در نظر گرفته شده است) و یک پانتون خارجی ( که در مدل ها به صورت  یک تیر منحنی الاستیک در نظر گرفته شده است) تشکیل شده است. محتویات مخزن غیر لزج ، غیر چرخشی  و تراکم ناپذیر  در نظر گرفته شده است. با بسط پاسخ سقف شناور به مدهای ارتعاش آزاد در هوا و استفاده از  تکنیک بسط بسل- فوریه  در مختصات استوانه ای پاسخ در قالب صریح، بدست آمده است که در تطابق کامل با چهارچوب تئوری پتانسیل خطی می باشد. جهت بررسی تاثیر نوع سقف (ساده تک لایه یا دولایه) و سختی سقف شناور بر روی پاسخ تلاطم نتایج عددی او ارائه شده اند. در سال 1984 میلادی، ساکای و همکاران به تحقیق در راستای بدست اوردن معادلات حاکم بر تاریخچه تلاطم مخازن با سقف شناور به صورت تئوری و آزمایشگاهی پرداختند.  آنالیز آنها از تئوری تابع پتانسیل سرعت بهربرده است تا بتوانند اندرکنش بین سیال و سقف شناور را در نظر بگیرند. قسمت اصلی از معادلات آنها با معادلات ماتسویی (در قسمت قبل به آن اشاره شد) و گلزار(که در قسمت بعدی به آن می پردازیم) یکسان است. تئوری پیشنهادی آنها با آزمایش میز لرزان راستی آزمایی شده است. نتایج اصلی آن ها را می توان در سه مورد ارائه نمود. اول: عدم تغییر قابل توجه زمان تناوب مود اول حرکت مخزن حاوی سیال با سقف شناور در مقایسه با مخازن بدون سقف می باشد. دوم: مودهای بالاتر حرکت سقف شناور باید در تعیین نمودن تنش های ایجاد شده در سقف شناور دولایه در نظر گرفته شود. سوم: تغییرشکل های محلی صفحه زیر سقف شناور دو لایه،  نقش مهمی در رفتار تلاطمی دارد.
گلزار و همکاران با استفاده از بسط اصل تغییرات همیلتون به تشکیل معادلات حاکم بر رفتار تلاطمی سقف شناور مخازن با سقف شناور، تحت تحریکات لرزه ای پرداختند. آنها پاسخ رفتار لرزه ای سقف شناور را تحت تحریکات لرزه¬ای مختلف شامل زلزله های حوزه نزدیک و دور مورد ارزیابی قرار دادند. آنها علاوه بر مقایسه تاریخچه تلاطمی مخازن در دو حالت با سقف شناور و بدون آن، به بررسی دامنه ارتفاع تلاطم، نیروهای جانبی و لنگرهای واژگونی ایجاد شده هنگام تلاطم پرداختند. آنها به این نتیجه رسیدند که ارتفاع دامنه تلاطم سقف مخازن سقف شناور، تنهای تابع زمان تناوب مود اول ارتعاش سقف شناور مخزن می باشد. نتیجه دیگر آنها آن است که، با وجود آنکه زلزله های با دامنه بلند و حوزه دور، در محاسبه ارتفاع دامنه تلاطم کنترل کننده است، اما در مورد نیروهای ایجاد شده در دیواره و لنگر واژگونی زلزله های حوزه نزدیک کنترل کننده هستند. این موضوع بدان معناست که نمی توان از یک طیف زلزله جهت برآورد حداکثر دامنه تلاطم و برآورد نیروهای جانبی روی دیواره استفاده نمود.
 غلامحسین برادران و محمدعلی فروغان گرانسایه در رشته مهندسی مکانیک در دانشگاه شهید باهنر کرمان، به تحلیل سقف های شناور با روش خطی سازی مجازی پرداخته اند. در مقاله آنها اینگونه آمده است: " با توجه به اینکه جابجایی سقف در برابر ضخامت آن زیاد است، تئوری غشایی بر رفتار سقف شناور حاکم می باشد. بر مبنای این تئوری معادلات حاکم بر سقف بصورت دو معادله دیفرانسیل غیر خطی که به یکدیگر کوپل هستند در می آید. تغییر شکلهای بزرگ، بارگذاری پیچیده و شرایط مرزی غیر معمول باعث شده که حل معادله حاکم بر سقف شناور مشکل باشد. در این مقاله نوعی روش خطی سازی مجازی برای حل این معادلات ارائه گردیده است. در این روش ابتدا با تعریف چند تابع معادلات را به صورت مناسب خطی می کنیم. سپس معادلات خطی مقدار مرزی را به چند معادله مقدار اولیه تبدیل کرده و حل می کنیم. جواب نهایی از ترکیب خطی این جوابها بدست می اید. افزایش سرعت حل معادلات و عدم نیاز به سعی و خطا و حذف فرضهای ساده کننده از مزایای این روش می باشد. تطابق خوبی بین نتایج به دست آمده از روش پیشنهادی با جوابهای به دست آمده از روشهای قبلی که بر پایه سعی و خطا هستند وجود دارد. علاوه بر این با توجه به سریع بودن روش پیشنهادی تاثیر بعضی از پارامترها بر روی رفتار سقف شناور به کمک آن مورد بررسی قرار گرفته است." گاربیس و همکاران به ارائه رابطه ای بین میزان نیروی مستهلک کنند تیغه های بافل استوانه ای و خطی واقع در سیال و خصوصیات مکانیکی تیغه های بافل تحت جریان سینوسی پرداختند. آنها نیروی وارد بر تیغه بافل را به صورت تابعی از شدت جریان سینوسی با یک زمان تناوب و دامنه مشخص، زمان تناوب ارتعاش سیال و عرض بافل ارائه نموده اند.تیغه های مذکور به صورت ثابت در زیر سیال قرار داشتند. با توجه به آنکه بافل مورد نظر در این رساله به صورت شناور و در حالت کل تحت اثر تحریکات لرزه ای است، از روابط موجود دراین مقاله استفاده قابل توجهی نشده است.

محاسبه اسلاشینگ مخازن

چالش مورد نظر و ارائه راهکار براي رفع آن

با توجه به مطالب ارائه شده، چالش اصلي مورد نظر این رساله غرق شدن سقف یا آتش سوزی مخازن با سقف شناور حين زلزله می باشد. در تحريک مد اول ارتعاش سقف هنگام تلاطم ، از آنجا که قطر مخزن در حالت مورب قرار مي گيرد، فاصلة زيادي بين ديواره و  سقف مخزن ايجاد مي شود، در این حالت، سيال می تواند از اين فاصله به روي سقف آمده و سبب غرق شدن سقف شود و يا  با بروز جرقه اي بواسطه ضربات ايجاد شده و حضور ماده آتش زا، آتش سوزي رخ دهد. هدف اصلي اين پروژه ارائه روشي نوين جهت کنترل رفتار لرزه اي سقف شناور و جلوگيري از غرق شدن و آتش سوزي آن هنگام زلزله مي باشد.
در راستاي يافتن راه حل، پس از بررسي چندين راهکار، روشي مبتني بر استفاده ازميرايي خود سيال انتخاب شد. در اين روش با استفاده از ميرايي ذاتي سيال و به کارگيري یک بافل مدور افقي و آويخته از سقف شناور مخزن که در بخش ثابت  سيال قرار مي گيرد، سعي بر آن است که بتوان حرکت سقف شناور را در سيال با استفاده از ميرايي ايجاد شده، کنترل نمود. به بيان ديگر با استفاده از يک حلقة بزرگ در نزديکي کف مخزن که با استفاده از زنجير و يا کابل از زیر سقف شناور آویخته شده و در بخش ثابت سیال (که حرکات کمی نسبت به قسمت های دیگر سیال هنگام تحریک لرزه ای مخزن دارند) حرکت می کنند، حرکات تلاطمي سقف شناور را کاهش داد. در شکل هايي که در ادامه ارائه شده اند، مخزن پلاکسي گلاس مورد آزمايش، بافل مدور آویخته  و غوطه ور در سيال که بصورت يک رينگ افقي در قسمت ثابت سيال قرار مي گيرند نشان داده شده اند.

مطالعات آزمايشگاهی

علت انجام آزمایش

ایده استفاده از بافل های مدور آویخته از سقف شناور، جهت کاهش دامنه تلاطم سقف شناور هنگام زلزله که در آخرین قسمت فصل قبل ارائه شد، ایده ای جدید است. ابتدا سعی شد تا با نرم افزارهای تحلیلی و اجزا محدود به مدلسازی این ایده پرداخته شود، در این راستا از نرم افزار های ABAQUS, ANSYS, XFLOW, LS-DYNA, FLOW-3D  مورد بررسی قرار گرفتند. هر یک از این نرم افزارها توانایی قابل توجهی در قسمتی از مدل مورد نظر ایده پیشنهادی را دارند اما مواردی از جمله در نظر گرفتن انعطاف بافل آویخته هنگام تلاطم، شل و سفت شدن کابل های واسط میان سقف شناور و بافل، مدلسازی  حرکت آزادانه یک جسم انعطاف پذیر (بافل) در داخل سیال و متصل به سقف شناور، زمان بسیار بالای آنالیز برای همگرا کردن جواب ها در یک بازه زمانی کم (برای مثال جهت آنالیز یک ثانیه ارتعاش واقعی سیستم پیشنهادی احتیاج به 15 ساعت زمان آنالیز با استفاده از نرم افزار LS-DYNA و سیستم های سخت افزاری به روز بود)، تصمیم گرفته شد تا با ساخت یک مخزن مقیاس شده با توجه به در نظر گرفتن محدودیت های موجود در آزمایش های میزلرزان پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی ومهندسی زلزله (عرض میز لرزان یک متر، ارتعاش یکطرفه)، کارایی سیستم پیشنهادی که هدف آن کاهش تلاطم به کمک بافل مدور آویخته می باشد، بررسی شود. شایان ذکر است که نمونه مشابه انجام شده در تحقیقات قبلی مشاهد نشده بود که بتوان با استناد به نتایج آنها کارایی ایده پیشنهادی را نشان داد و انجام آزمایش ها می توانست کارایی ایده پیشنهادی را متقن¬تر نشان دهد.

 شرح آزمایش ها

جهت بررسي کارکرد ايدة پيشنهادي که شامل آويختن يک بافل مدور از سقف شناور در سيال مي باشد،  60 دسته آزمایش در سه ارتفاع مختلف 20، 50 و 70 سانتیمتری سیال انجام شد (در هر ارتفاع سیال 20 دسته آزمایش).این 20 دسته آزمایش شامل چهار گروه (بدون سقف شناور، با سقف شناور و بدون بافل ، با سقف شناور و بافل به عرض 7 سانتیمتر ، با سقف شناور و بافل به عرض 11 سانتیمتر ) و هر گروه شامل 5 نوع تحریک (ارتعاش آزاد ، تحریک هارمونیک  (از دامنه 2 تا 15 میلی متر در صورت امکان آزمایش و سر ریز نشدن سیال از مخزن) و تحریک لرزه ای تحت اثر سه زلزله با نام های: چی چی ، لوما پریتا  و کوجایلی )  می باشد. هر دسته از آزمایشات با تحریک هارمونیک وابسته به شرایط عملی شدن آزمایش با دامنه های 2، 4، 8، 12 و 15 میلی متر تحریک شدند، به بیان دیگر هر آزمایش هارمونیک با فرکانس یکسان، خود شامل سه تا 5 آزمایش بود(بسته به تعداد دامنه های تحریکی). هر دسته از آزمایشات لرزه ای نیز خود سه بار انجام شدند، برای مثال در شرایط کاملا یکسان سه بار زلزله چی-چی به میز اعمال شد. هدف از این سه بار آن بود که بررسی شود که رندم بودن جابه جایی اولیه و سایر شرایط چقدر در تفاوت حداکثر دامنه تاثیر گذار است. آزمایشات بر روی میز لرزان آزمايشگاه پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله با مدیریت مهندس جبارزاده انجام شدند.
2-3- تنظيمات آزمايش
در آزمايش ها از يک مخزن به قطر داخلي 99 سانتيمر و قطر خارجي 101 سانتيمتر با جنس پلاکسي گلاس، به ضخامت 2 سانتيمتر چنانچه در شکل ‏2 1 نشان داده شده است، استفاده شد. علت استفاده از جنس پلکسي گلاس، آن است که بتوان هنگام تحريک در آزمايش، داخل مخزن را مشاهده نمود. اين مخزن در موسسه تحقيقات آب واقع در محله حکيمه تهران، به سفارش پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، ساخته شد.

تحریکات اعمال شده

تحریکات اعمال شده به میز لرزان، شامل دو دسته تحریکات هارمونیک و تحریکات لرزه ای بودند.

تحریکات هارمونیک

در تحریکات هارمونیک ابتدا زمان تناوب مود اول مخزن در ارتفاع هاي مختلف طبق معادله ‏2 1 بدست آمد [49] سپس با این فرکانس از دامنه 2 میلی متر جابه جایی تحریک میز آغاز شد و به مدت زمان 30 ثانیه این تحریک ادامه یافت. پس از آن با همان فرکانس، دامنه تحریک به 4 میلی متر به همان مدت زمان تحریک به میز اعمال شد و این فرایند در صورتیکه شرایط آزمایش اجازه می داد تا 15 میلی متر جابه جایی می توانست ادامه پیدا کند. در آزمایشاتی که سقف در ارتفاع 70 سانتیمتر قرار داشت، بیش از دامنه 8 میلی متر، دیگر آزمایش نمی توانست ادامه پیدا کند، زیرا که سیال از مخزن به بیرون می ریخت. این حالت به خصوص در آزمایش هایی که بافل مدور آویخته به سقف شناور متصل نبودند، اتفاق می افتاد، این موضوع خود نشان از کارایی سیستم پیشنهادی داشت.


F_c=√(3.68 g tanh⁡[3.68 (H_L/D)] )/(2π√D)

در رابطه فوق g شتاب ثقل معادل با (32.17 ft/s2)، H_L ارتفاع سيال برحسب فوت و D قطر مخزن بر حسب فوت مي باشد. مطالعات  Sakaiو همکاران طبق مطالعات تحليلي و آزمايشگاهي [44] نشان مي دهد که حضور سقف شناور زمان تناوب مدل اول را تغيير چنداني نمي دهد.
در آزمایشات پی در پی هامورنیک که با فرکانس یکسان، دامنه تحریک افزایش می یافت، ابتدا سقف را به حالت سکون در آورده و بعد تحریک با دامنه بیشتر اعمال می شد به نحوی که سقف با شرایط اولیه صفر، شروع به ارتعاش نماید. در حالتهای که بافل به سقف شناور آویخته بود، احتیاجی به ساکن کردن سقف و توقف کامل میز قبل از آغاز تحریک مجدد با دامنه بیشتر نبود، زیرا با انتهای تحریک، با توجه به حضور بافل، سقف در زمان کوتاهی ساکن می شد و شرایط برای اعمال دامنه بیشتر به مخزن، به سرعت محیا می شد و لازم نبود با یک نیروی خارجی (مثلا با استفاده از دست) شرایط سکون حین آزمایش برای اعمال تحریک بعدی با دامنه بیشتر، محیا شود. اما در حالاتی که به سقف شناور بافل متصل نبود، باید ابتدا میز کامل متوقف می شد و سقف به حالت سکون می رسید و پس از آن مجدد تحریک با دامنه بیشتر به میز لرزان اعمال می شد.

 تحریکات لرزه ای

تحریکات لرزه ای به نحوي انتخاب شدند که فرکانس غالب آنها نزديک به فرکانس هاي ارائه شده در جدول ‏2 1 باشد. حداکثر دامنه حرکت مثبت و  منفي ميز لرزان آزمایشگاه، سه سانتيمتر مي باشد، بنابراین گام زمانی این زلزله ها تقسیم بر جذر نسب جابه جایی واقعی میز به حداکثر دامنه حرکت میز لرزان شده است و حداکثر جابه جایی زلزله نیز با حداکثر بازه جابه جایی میز یکسان شده است. اطلاعات زلزله هاي اعمال شده به میز لرزان در شکل ‏2 15 و شکل ‏2 16 نشان داده شده است. نام زلزله های انتخابی  چی چی ، لوما پریتا  و کوجایلی می باشد.
طبق میانگین نتایج برداشت شده از شتاب بدست آمده از میز لرزان که آن ها به عنوان ورودی حل مسائل تحلیلی نیز استفاده شده است، حداکثر شتاب زلزله چی چی 1.5 متربرمجذور ثانیه، حداکثر شتاب زلزله لوماپریتا 1.7 متر بر مجذور ثانیه و حداکثر شتاب زلزله کوجایلی 1.1 متربر مجذور ثانیه می باشد

جمع بندی

در اين رساله یک روش نوین جهت کاهش ارتفاع تلاطم در مخازن دارای سقف شناور، با استفاد از متصل نمودن بافل مدور آويخته  به سقف شناور، ارائه شده است. نتايج حاکي از توانايي اين ايده جهت کاهش قابل توجه دامنه تلاطم در مخازن استوانه اي با سقف شناور، هنگام زلزله است. آزمايش ها با سه مقدار متفاوت 20، 50 و 70 سانتيمتر برای ارتفاع مایع داخل مخزن و در سه حالت بدون بافل، با استفاده از بافل مدور آويخته با پهنای 7 سانتيمتر و با استفاده از بافل مدور آويخته با پهنای 11 سانتيمتر تحت تحريکات هارمونيک و لرزه اي صورت گرفت. سپس بر اساس تابع پتانسيل سرعت و معادلات لاگرانژ روابط تحلیلی مربوط به حرکت سقف شناور در دو حالت با و بدون بافل توسعه داده شد و با تهیه یک برنامه در محیط نرم افزار متلب نتایج روابط تحلیلی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید. در ادامه نتایج بدست آمده از این پژوهش در دو بخش آزمایشی و تحلیلی ارائه می گردد. قبل از ارائه نتایج نهایی مطالعات، ذکر چند نکته که از نظرات داوران محترم رساله در جلسه دفاع نهایی با رتبه عالی دریافت شد، ضروری می باشد: (آقایان دکتر منصور ضیایی فر از پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، دکتر رحیم زاده از دانشگاه صنعتی شریف، دکتر حمزه شکیب از دانشگاه تربیت مدرس، دکتر بسطامی از پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله)

  - در این رساله ایده ای نوین جهت کاهش تلاطم در مخازن سقف شناور هنگام زلزله ارائه شده است، تحلیل ابعادی آزمایش مقیاس شده، با توجه به محدودیت های فیزیکی به صورت کامل امکان پذیر نبوده، بیشتر به صورت هندسی مقیاس انجام شده است و همانند اکثر تحقیقات به روز دنیا، باید به صورت مقیاس یک به یک  آزمایش صورت گیرد تا بتوان کارایی سیستم را با تمام زوایا بررسی نمود. در مدل آزمایشگاهی نتایج نشان می دهند که ایده کارایی خوبی را می تواند در صنعت جهت کاهش تلاطم داشته باشد.
  - سقف شناور، بافل مدور آویخته و مخزن در مطالعات صلب در نظر گرفته شده بودند، که تامین این صلبیت در مدل تمام مقیاس باید بررسی شود.
  - در مورد آزمایش تمام مقیاس باید به تحریک مخزن با زلزله های با زمان تناوب بالا دقت ویژه نمود.

نتایج مطالعات آزمایشگاهی

بر اساس بخش آزمايشگاهي مطالعه می¬توان نتايج زير را استخراج نمود:
    - حضور بافل مدور آويخته در بخش ضربه اي سيال، جهت کاهش پاسخ لرزه اي سقف بسيار موثر مي باشد. ميانگين پاسخ هاي ارتفاع 50 و 70 سانتيمتر مایع درون مخزن حاکي از 85 درصد کاهش حداکثر دامنه تلاطم تحت تحريکات هارمونيک و 50 درصد کاهش حداکثر دامنه تلاطم تحت اثر تحريکات لرزه ای مي باشد.
    - حضور بافل مدور آويخته در قسمت تحتاني بخش تلاطمي سيال نيز می¬تواند در کاهش حداکثر دامنه تلاطم مفيد باشد. در پاسخ هاي آزمايش با ارتفاع 20 سانتيمتربرای مایع درون مخزن، ميانگين کاهش پاسخ تحت اثر تحريکات هارمونيک 70 درصد و تحت اثر تحريکات لرزه اي 20 درصد مي باشد.
    - در آزمایشهای تحت اثر تحریکات هارمونیک مشاهده شد که با افزایش دامنه تحریک، اثرات کاهشی سقف شناور با بافل مدور آویخته، اندکی کاهش می یابد.
    - حضور بافل مدور آويخته، تاثير قابل توجهي در تغيير زمان تناوب مود اول حرکت سقف شناور ندارد.
    - حضور سقف شناور سبب افزايش ميرايي بخش تلاطمي سيال در حدود دو برابر می شود.
    - با حضور بافل مدور آويخته، ميرايي بخش تلاطمي سيال به صورت قابل ملاحظه اي افزايش مي يابد.
    - درصد کاهش حداکثر دامنه تلاطم تحت تحريکات لرزه اي، تابع ويژگي هاي تحريک لرزه اي اعمالي است.
    - در مخازن لاغر که نسبت ارتفاع به قطر آن بيشتر مي باشد، استفاده از بافل مدور آويخته تاثير بهتر درکاهش حداکثر دامنه تلاطم دارد، زيرا بخش ثابت اين مخازن داراي ارتفاع بيشتري مي باشد.
    - با افزايش عرض بافل مدور آويخته  از 7  به 11 سانتيمتر تحت تحريکات هارمونيک، میزان کاهش پاسخ به صورت ميانگين، از 75  به 86 درصد و تحت تحريکات لرزه اي از 35  به 43 درصد رسيد.
    استفاده از بافل مدور آويخته، چرخش آزادانه سقف  را نيز به صورت قابل ملاحظه اي کاهش مي دهد.
    - با توجه به نتایج آزمایش¬ها میتوان گفت که اثر مثبت استفاده از بافل مدور آويخته تنها به مخازن استوانه اي با سقف شناور محدود نمي¬شود، در واقع در تمام مواردي که تلاطم داراي اثرات منفي مي باشد، مانند مخازن مرتفع يا مخازن سرباز، استفاده از يک المان شناور روي سطح و دوختن آن به بافل مدور آویخته، می¬تواند اثرات مفيدی در کاهش دامنه تلاطم داشته باشد.

نتایج مطالعات تحلیلی

بر اساس مطالعات بخش تحليلي، نتايج زير قابل ذکر مي باشند:
   - در حالت بدون بافل مدور آويخته، تحت اثر تحريکات هارمونيک ميانگين قدر مطلق خطاي روش تحليلي تقريبا 4.5 درصد و تحت اثر تحريکات لرزه اي تقريبا 9 درصد مي باشد.
   - در حالت با بافل مدور آويخته 7 سانتي، تحت اثر تحريکات هارمونيک ميانگين قدر مطلق خطای روش تحليلي تقريبا 4 درصد و تحت اثر تحريکات لرزه اي تقريبا 8.5 درصد مي باشد.
   - در حالت با بافل مدور آويخته 11 سانتي، تحت اثر تحريکات هارمونيک ميانگين قدر مطلق خطاي روش تحليلي تقريبا 5 درصد و تحت اثر تحريکات لرزه اي تقريبا 7.5 درصد مي باشد.
   - در حالات بدون بافل ميزان ميرايي ويسکوز معادل براي  سيستم سيال و سقف در دو حالت هارمونيک و لرزه اي به ترتيب 2 و 4 درصد بوده است. علت بالابودن این پارامتر در حالت لرزه اي ،دامنه بزرگتر حرکت و نتيجه آن تماس بيشتر سقف با ديواره و افزايش تاثير اصطکاک ناشي از آن مي باشد.
   - ميرايي ناشي از مقاومت سیال در حالت سقوط آزاد بافل C_Drop با افزایش عرض بافل مدور آویخته از 7 به 11 سانتیمتر (حدود 57 درصد افزایش)  حدود 25 درصد افزایش می یابد، در حالیکه این میرایی C_Drag در حرکت به سمت بالای بافل حدود 87 درصد افزایش می یابد.
   - افزایش عرض بافل از 7 به 11 سانتیمتر (حدود 57 درصد افزایش) به صورت میانگین در تمامی حالات تحریکات هارمونیک و لرزه ای، باعث کاهش حدود 20 درصد در دامنه بیشینه تلاطم می گردد.

پیشنهادات

در راستای تکمیل فعالیت های انجام شده دراین پژوهش، اقدامات زیر پیشنهاد می شوند:
    بررسی اثر انعطاف پذیری بافل مدور آویخته و سقف شناور
    بررسی تاثیر افزایش جرم بافل در رفتار تلاطمی سقف (تا جایی که در شناوری سقف خللی وارد نشود)
    بررسی هندسه بافل (هندسه لبه ، وجود سوارخ در سطح بافل،...)
    بررسی اثر انعطاف پذیری کابل های واسط سقف شناور و بافل مدور آویخته

برای دریافت اطلاعات بیشتر و تکمیلی می توانید به فایل PDF زیر مراجعه کنید


خدمات مشابه