Αλληλεπίδραση ρευστού κατασκευής με πεπερασμένα στοιχεία

Abstract

Οι κυλινδρικές δεξαμενές μεγάλης χωρητικότητας χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ποικίλων υγρών όπως για παράδειγμα, πόσιμου ύδατος, νερό για πυρόσβεση, πετρελαίου, χημικών προϊόντων και υγροποιημένου φυσικού αερίου. Οι δεξαμενές μπορεί να είναι υπόγειες, επίγειες και υπερυψωμένες. Ακόμη μπορεί να διαφέρουν ως προς το υλικό κατασκευής και τον τρόπο τοποθέτησής τους οριζόντια ή κατακόρυφα Καθοριστικός παράγοντας στη μελέτη και το σχεδιασμό των δεξαμενών είναι η σεισμική διέγερση. Η ικανοποιητική απόκριση των δεξαμενών κατά τη διάρκεια ισχυρών σεισμών είναι ζωτικής σημασίας τόσο για τις σύγχρονες εγκαταστάσεις όσο και για το κοινωνικό σύνολο. Δεξαμενές που είχαν σχεδιαστεί ανεπαρκώς είχαν υποστεί εκτεταμένες ζημιές κατά τη διάρκεια προηγούμενων σεισμών. Ο λυγισμός διαδραματίζει θεμελιώδη ρόλο στο σχεδιασμό των δεξαμενών χάλυβα λόγω των μικρών παχών των τοιχωμάτων αυτής της κατηγορίας των κατασκευών. Πολλοί ερευνητές έχουν μελετήσει τη σεισμική συμπεριφορά των πακτωμένων στη βάση δεξαμενών υγρών αποθήκευσης, διερευνώντας την υδροδυναμική αλληλεπίδραση του ρευστού – κατασκευής. Σε παλαιότερες μελέτες, το πρόβλημα λυγισμού για τις χαλύβδινες δεξαμενές διερευνήθηκε μέσω αριθμητικών μοντέλων στα οποία οι διαφορετικοί τρόποι αστοχίας επισημαίνονται και συζητούνται χωριστά. Ωστόσο υπάρχει έλλειψη μελετών όπου η αστοχία της δεξαμενής να θεωρείται στο σύνολό της. Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στην εν χρόνο ανάλυση των πακτωμένων μεταλλικών δεξαμενών εισάγοντας τη χρονοϊστορία της σεισμικής διέγερσης στη βάση τους. Η προσομοίωση της κατασκευής γίνεται με πεπερασμένα στοιχεία και λαμβάνεται υπ’ όψη η αλληλεπίδραση του ρευστού – κατασκευής καθ’ όλη την εξέλιξη του σεισμικού φαινομένου. Οι αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν έγιναν με το πρόγραμμα Abaqus θεωρώντας μη γραμμικότητα υλικού και γεωμετρίας Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία περιλαμβάνει τέσσερα κεφάλαια. Το κεφάλαιο 1 Εισαγωγή – Γενικά περί δεξαμενών και τρία επιπλέον κεφάλαια. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια περιγραφή των δράσεων που πρέπει να ληφθούν υπόψη σύμφωνα με τους ισχύοντες κανονισμούς κατά το σχεδιασμό των κατακόρυφων μεταλλικών δεξαμενών. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται οι απαιτούμενοι έλεγχοι επάρκειας των μεταλλικών δεξαμενών σύμφωνα με το ΕΝ1993 μέρος 1-6 που αφορά στη αντοχή και ευστάθεια κελυφών και το μέρος 4-2 που αναφέρεται στις δεξαμενές. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται οι σεισμικές αναλύσεις που έγιναν σε μία συγκεκριμένη δεξαμενή με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Abaqus και δίνονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων αυτών.

Large-capacity cylindrical tanks are used to store a variety of liquids, e.g. water for drinking and firefighting, petroleum, chemicals, and liquefied natural gas. Tanks can be underground, surface and elevated. Even may differ in material and mounting horizontally or vertically. A determining factor in the study and design of tanks is the seismic excitation. Satisfactory performance of tanks during strong ground shaking is crucial for both modern facilities and for society. Tanks that were inadequately designed or detailed have suffered extensive damage during past earthquakes. Buckling plays a fundamental role in the design of steel tanks because of the small thicknesses of the walls of this class of structures. Many researchers have studied the seismic behaviour of anchored liquid-storage tanks, investigating the effect of hydrodynamic fluid–structure interaction on structural response. In past studies, the buckling problem for steel tanks was investigated by means of numerical models in which the different failure modes are highlighted and discussed separately. However, there is lack of studies in where the failure of the tank to be considered in its entirety This study focuses on the time history analysis of anchored steel tanks entering the time history of the seismic excitation at the base. The simulation of the construction is done by finite elements and takes into account the interaction of the fluid - construction throughout the evolution of the seismic phenomenon. The analyzes were performed with the program Abaqus considering material and geometry nonlinearity. This thesis includes four chapters. Chapter 1 Introduction - Overview on tanks and three additional chapters. In the second chapter is made a description of the actions that must be taken into account in accordance with applicable regulations in the design of vertical steel tanks. In the third chapter described the required adequacy checks of tanks in accordance with EN1993 Part 6.1 related to the strength and stability of shells and 2.4 referred to the tanks. In the fourth chapter described the seismic analyzes that performed in a particular tank with the finite element software Abaqus and given the results of these analyzes.