دانلود تحقیق مخازن آب

بنام خدا

مخازن مرتفع آب که جهت ذخیره سازی آب و استفاده از انرژی پتانسیل آن بدلیل ارتفاع آن از سطح زمین می‌باشد امروزه با توجه به اهمیت ذخیره کردن آب و در بعضی نقاط بدلیل کمبود آب بسیار مورد توجه می باشند. این مخازن از نظر جنس مصالح به دو نوع فولادی وبتنی تقسیم بندی می شوند که موضوع بحث ما راجع به نوع فولادی آن می‌باشد. یک مخزن هوایی باید چه از لحاظ طراحی در برابر بارهای ثقلی ،برف، زلزله، هیدروستاتیک چه اجرا و چه رعایت نکات بهداشتی و زیست محیطی آن مورد بررسی قرار گیرد. از آنجا که این مخازن معمولا حجم زیادی از مایع را در خود نگهداری می کنند پس در کلیه مراحل باید تمهیدات ویژه ای با توجه به موقعیت بر پا سازی سازه و آیین نامه ای موجود لحاظ شود. در این جا ما رفتار لرزه ای و تهمیدات لرزه ای یک مخزن هوایی فلزی را مورد بررسی قرار می دهیم.

بررسی سازه ای:

یک مخزن ذخیره سازی جز سازه های غیر ساختمانی محسوب می شود و در نتیجه طرح ومحاسبه و آیین نامه های آن نیز متفاوت است. و بر دو نوع مخازن زمینی ( که عموما پوسته استوانه ای است) و هوایی (یا مخازن مرتفع) می‌باشد. سازه مخازن هوایی از دو قسمت پوسته فلزی جهت ذخیره سازی وبرج نگهدارنده این مخزن می‌باشد. در نتیجه مشاهده می شود که سهم عمده انواع بارگذاریها بر عهده این برجها می‌باشد به غیر از فشار هیدروستاتیک که پوسته مخزن آنرا تحمل می‌کند. برج نگهدارنده بصورت قاب می‌باشد که مهار جانبی آن بصورت بادبند می باشند. بسته به ارتفاع و حجم مخزن، پایه های برج نگهدارنده یا قابها از چهار ، شش و یا هشت ستون که در پلان مربع، شش ضلعی و یا هشت ضلعی می باشند تشکیل شده اند. آنچه تاکنون ساخته شده نشانگر آنست که اکثر مخازن قابهایی با پروفیلهای لوله ای می باشند و بادبندهای آنرا نیز میلگرد ها،لوله های کم قطر ، تسمه وکابلها تشکیل می دهند.

بارگذاری:

همانطور که پیشتر گفته شد برج نگهدارنده وظیفه تحمل اکثر بارها را دارد. بارهای وارد بر کل سازه مخزن هوایی عبارتند از :

1-بار مرده ناشی از وزن مایع درون مخزن، وزن پوسته مخزن وبرج نگهدارنده

2-نیروی هیدروستاتیک یا فشار آب که بر جداره مخزن وارد می شود و بسته به ارتفاع مخزن نگهدارنده می‌باشد.

3-باربرف

4-بار باد

5-بار زلزله

که از میان بار باد و زلزله هر کدام که اثرش بیشتر باشد را تاثیر می دهند. بار زلزله در دو جهت عمود بر هم و بصورت رفت وبرگشتی مدنظر است.

مخزن با توجه به تعداد پایه های نگهدارنده در چند نقطه به برج نگهدارنده متصل می‌باشد در نتیجه نیروی ثقل مخزن  و نیروی ناشی از زمین لرزه یا باد از طریق این گره ها به پایه ها منتقل می شود و پایه نیز برای تحمل بار جانبی از مهارهای جانبی نظیر بادبند و تیرهای اتصال کمک می جوید.لازم به ذکر است که بدلیل ارتفاع زیاد پایه ها، ستونهای تشکیل دهنده جزو ستونهای لاغر محسوب می شود و تحت کمانش قرار می گیرند در نتیجه لازم است در نقاط مخشص مهار شوند که این مهار بصورت تیرهایی در ترازهای مختلف عمل می کنند.

در مورد اتصالات برج نگهدارنده باید توجه کرد که اتصالات در تمام نقاط به غیر از محل اتصال پایه ها بی پی واتصال بادبندها،صلب در نظر گرفته می شود.

بنابراین برج نگهدارنده در نقاط اتصال به مخزن تحت بارهای گره ای قائم وافقی می‌باشد که باید تحت این بارها تحلیل وطراحی  شود.

مدل سازی و تحلیل:

به دلیل وجود اثرات هیدرودینامیک، مخازن مرتفع آب یا سایر مایعات بعنوان نوع خاصی از پاوندولهای وارونه محسوب می شوند. این گونه سازه ها ممکن است بر روی یک عضو قائم منفرد و یا یک سیستم سازه ای قابی قرار داده شوند. (شکل 1) در گذشته از نتایج تحقیقات «بلوم و همکاران» و «بویس» برای طراحی آن ها در برابر زلزله استفاده می کردند. طبق تحقیقات مزبور باید مخازن مرتفع را بصورت سازه های با دو درجه آزادی مدل می کردند. در این رابطه «بویس» یک برج آب واقعی را مورد بررسی قرار داده و نشان داده است که در صورت استفاده از مدل با یک درجه آزادی خطاهای بزرگی در محاسبات بوجود می آیند.اگر مخزن مایع کاملا پر باشد بگونه ای که امکان جابجایی وحرکت قائم سطح مایع وجودنداشته باشد می توانیم برج ومخزن را بصورت یک پاندول وارونه معمولی مدل کنیم. حرکت مایع داخل مخزن معمولا باعث میرایی سازه می شود و در مقایسه با مخزن پر از مایع، ممکن است بازتاب سازه به ارتعاش ناشی از زلزله کاهش یابد. با این وجود حرکت مایع ممکن است باعث وارد آمدن خسارت به سقف مخزن و یا بیرون ریختن مایع درون مخزن شود.

تحلیل هیدرودینامیکی پدیده فوق الذکر به لحاظ ریاضی بسیار پیچیده است ولی «هاوزنر» با بررسی و مطالعه خسارات عمده وارد بر مخازن مرتفع آب در زلزله ماه مه 1960 میلادی شیلی، روش تحلیل دینامیکی ساده شده ای را پیشنهاد کرد با این حال می توان گفت که روش بلوم وهمکاران بهترین روش دینامیکی برای استفاده در دفاتر طراحی بوده است. که امروزه با وجود نرم افزارهایی نظیر sap  مراحل مدل سازی، تحلیل وطراحی آسانتر ودقیقتر شده است.روش  ذکر شده بلوم شامل یک رشته نمودارهای طراحی است که طراح را قادر می سازد تا ثابتهای پیچیده مورد لزوم در معادلات هیدرودینامیکی را سریعا تعیین کند. از برنامه های کامپیوتری دیگری که برای تحلیل دینامیکی مخازن مرتفع آب در برابر زلزله مفید بوده و استفاده شده اند می توان به برنامه شفرد برای یک برج نگهدارنده سه طبقه با مهاربندی عرضی و نیز برنامه های ویژه سکوهای نفتی دریایی اشاره نمود.

یک گروه تحقیقاتی از زلاندنونیز در طراحی مخازن ذخیره سازی مایعات در برابر زلزله مطالعاتی را انجام داده اندکه نتایج این تحقیقات حاوی اطلاعات ارزشمندی در مورد طراحی مخازن مرتفع در برابر زلزله می باشند.

از دیگر مدلسازی ها،مدلسازی و تحلیل مخازن با سیستم معادل فنر –جرم می‌باشد.

موارد آیین نامه ای:

از آیین نامه های مورد استفاده در طراحی مخازن میتوان به آیین نامه AISC (موسسه سازه های فلزی آمریکا ) ASCE (جامعه مهندسین عمران آمریکا)،ASME (جامعه مهندسین مکانیک آمریکا)AWWA(سازمان امور آب آمریکا) و.. اشاره کرد.

طبق آیین نامه برای سازه ها جرمی بعنوان جرم لرزه ای تعریف می شود که شامل کل بارمرده و وزن سازه می‌باشد و اگر وزن سازه نگهدارنده بیشتر از 25 درصد وزن لرزه ای باشد هم سازه اصلی و هم سازه نگهدارنده باید در تحلیل اثر داده شوند. یکی از فاکتورهای مهم آیین نامه ای ،ضریب رفتار R  میباشد که با توجه به نوع سازه و رفتار آن واعمال نتایج آزمایشگاهی و تئوری تعیین می شود. برای سازه های غیرساختمانی که از لحاظ دینامیکی انعطاف پذیرند ضریب R نباید بیشتر از 3 در نظر گرفته شود.

فاکتور موثر دیگر در طراحی لرزه ای یک سازه ،فاکتور I یا ضریب اهمیت می‌باشد که با توجه به خطر پذیری وکاربری سازه تعیین می شود که شامل 5/1و25/1و1=I معادل خطرپذیری زیاد تا کم می‌باشد.

شتاب مبنای طرح نیز طبق بررسی های زمین شناسی ولرزه نگاری منطقه مورد نظر تعیین می شود.

هر سازه ای باید برای سختی کافی ، مقاومت وشکل پذیری در برابر زلزله طراحی  شود. از دیگر فاکتورهای موثر ضریب یا ضریب افزایش مقاومت می‌باشد که باید بر نیروی زلزله اثر داده شود.

مطابق جدول 1 با توجه به ارتفاع، موارد مختلفی از سیستمهای و سازه ای آورده شده است و باید ضرایب مناسب برای تعیین برش پایه نیروی طراحی اعضا وتغییر مکان جانبی بکار گرفته شوند. سازه می تواند هم بطریق نیروی معادل جانبی و موارد آیین نامه ای وهم بطریق طیف پاسخ تحلیل شود.