Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/15221
Title: Μελέτη της σεισμικής απόκρισης δεξαμενών αποθήκευσης υγρών
Other Titles: Study of the seismic response of fluid-filled tanks
Authors: Φωτοπούλου, Μαγδαληνή
Keywords: Σεισμική απόκριση
Δεξαμενές αποθήκευσης υγρών
Κύματα χώρου
Κύματα επιφανείας
Κώδικας Matlab
Keywords (translated): Seismic response
Fluid-filled tanks
Body waves
Surface waves
Matlab code
Abstract: Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία έχει ως θέμα τη μελέτη της σεισμικής απόκρισης επίγειων κυλινδρικών δεξαμενών αποθήκευσης υγρών υπό τη διέγερση σεισμικών κυμάτων. Η κατασκευή διεγείρεται τόσο με χωρικά κύματα (body waves) όσο και με επιφανειακά κύματα (surface waves). Τα κύματα τα οποία μελετώνται κατά κύριο λόγο είναι τα επιφανειακά, καθώς προκαλούν τις μεγαλύτερες φθορές σε κατασκευές αυτού του τύπου. Το σύστημα δεξαμενής-υγρού-εδάφους προσομοιώνεται με τη βοήθεια αναλυτικού κώδικα, ο οποίος αναπτύσσεται με χρήση του προγράμματος Η/Υ Matlab. Σκοπός της εργασίας είναι να μελετηθεί η απόκριση του συστήματος δεξαμενής- υγρού-εδάφους και να εξεταστεί ο τρόπος με τον οποίο αυτή επηρεάζεται από τη μεταβολή των παραμέτρων του συστήματος και από τη μεταβολή των παραμέτρων της διέγερσης. Η απόκριση του συστήματος δεξαμενής-υγρού-εδάφους μελετάται μέσω των διαγραμμάτων των εσωτερικών εντατικών μεγεθών της κατασκευής, δηλαδή της υδροδυναμικής πίεσης, της τέμνουσας βάσης, της ροπής ανατροπής βάσης και του ύψους κυματισμού του περιεχόμενου υγρού στη δεξαμενή. Η εργασία δομείται σε επτά κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο αναλύονται τα θεωρητικά στοιχεία για τις δεξαμενές αποθήκευσης υγρών. Συγκεκριμένα, γίνεται κατηγοριοποίηση των δεξαμενών αποθήκευσης υγρών, παρουσιάζονται οι πιθανές μορφές αστοχίας των δεξαμενών, γίνεται ιστορική αναδρομή στους σεισμούς του παρελθόντος και στις βλάβες που αυτοί προκάλεσαν στις δεξαμενές και αναφέρονται οι κώδικες και οι κανονισμοί για τις δεξαμενές. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται τα θεωρητικά στοιχεία για τις σεισμικές διεγέρσεις. Συγκεκριμένα, αναλύονται η θεωρία των λιθοσφαιρικών πλακών, η μορφολογία των ρηγμάτων, τα κύματα ομοιογενούς χώρου και τα κύματα επιφανείας. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζεται το σεισμολογικό προσομοίωμα των Halldorson & Papageorgiou, το οποίο εφαρμόζεται σε σεισμούς στον ελλαδικό χώρο. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται η δυναμική απόκριση των δεξαμενών αποθήκευσης υγρών με θεώρηση της αλληλεπίδρασης κατασκευής-εδάφους. Ειδικότερα, αναπτύσσεται το θεωρητικό και το μαθηματικό υπόβαθρο της εργασίας και μορφώνονται οι μαθηματικές εξισώσεις για τον υπολογισμό της απόκρισης του συστήματος δεξαμενής-υγρού-εδάφους. Η μεθοδολογία η οποία ακολουθείται εξηγείται αναλυτικά. Επίσης, παρουσιάζονται τα διαγράμματα μεταβολής των συντελεστών και οι πίνακες με τις τιμές των συντελεστών που υπάρχουν στις μαθηματικές εξισώσεις οι οποίες αναπτύσσονται. Τα διαγράμματα και οι πίνακες υπάρχουν στη διεθνή βιβλιογραφία και αναπαράγονται και με τη χρήση του προγράμματος Matlab για λόγους σύγκρισης και επαλήθευσης των αποτελεσμάτων. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται η κατάστρωση του τελικού συστήματος, με επίλυση του οποίου υπολογίζονται οι άγνωστες ζητούμενες μετακινήσεις του θεμελίου. Στο τέταρτο κεφάλαιο μελετάται η απόκριση της κατασκευής σε διέγερση τόσο με κύματα ομοιογενούς χώρου (body waves) όσο και με κύματα επιφανείας (surface waves). Για το σκοπό αυτό, σχεδιάζονται και παρουσιάζονται κοινά διαγράμματα των μεγεθών απόκρισης της κατασκευής (πίεση στη βάση της δεξαμενής, τέμνουσα βάσης, ροπή ανατροπής, ύψος κυματισμού του υγρού) για τη διεγέρσεις και με τους δύο παραπάνω τύπους σεισμικών κυμάτων, ώστε να είναι δυνατή η σύγκρισή τους. Στο τέλος του κεφαλαίου διατυπώνονται χρήσιμα συμπεράσματα με βάση την προσεκτική μελέτη των διαγραμμάτων. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξετάζεται η επίδραση της μεταβολής των παραμέτρων του συστήματος στα μεγέθη απόκρισης της κατασκευής. Οι παράμετροι αυτές είναι η πυκνότητα του υγρού το οποίο περιέχεται στη δεξαμενή, ο λόγος του ύψους του υγρού που περιέχεται στη δεξαμενή προς την ακτίνα της δεξαμενής και η ταχύτητα διάδοσης των διατμητικών κυμάτων. Στο έκτο κεφάλαιο εξετάζεται η επίδραση της μεταβολής των παραμέτρων της σεισμικής διέγερσης στα μεγέθη απόκρισης της κατασκευής. Οι παράμετροι αυτές είναι η ένταση της σεισμικής διέγερσης, ο τύπος του εδάφους, η συχνότητα της σεισμικής διέγερσης και η απόσταση της δεξαμενής από το επίκεντρο του σεισμού. Στο έβδομο κεφάλαιο συνοψίζονται τα τελικά συμπεράσματα τα οποία προκύπτουν από την εργασία.
Abstract (translated): The theme of the present master thesis is the study of the seismic response of upright, circular cylindrical liquid storage tanks which are excited with seismic waves. The structure is excited both with body waves and with surface waves. The waves which are studied mainly are the surface waves, because they are the most harmful for constructions of this type. The tank-fluid-soil system is simulated with analytical computer code produced in the program Matlab. The scope of the thesis is the study of the response of the tank-fluid-soil system and the examination of the effect of the change in the parameters of the system and the effect of the change in the parameters of the excitation to the response of the tank-fluid-soil system. The response of the tank-fluid-soil system is studied by the diagrams of the internal forces and moments, such as the hydrodynamic pressure, the base shear, the bending moment and the vertical displacement of the liquid surface. The thesis consists of seven chapters. In the first chapter the theoretical information of liquid storage tanks is analyzed. The liquid storage tanks are divided into categories, the possible failure modes of the tanks are presented, the earthquakes of the past and the damages that they caused to the tanks are explained and the codes for the tanks are mentioned. In the second chapter the theoretical information of seismic excitations is analyzed. The lithosphere plate theory, the morphology of the faults, the body waves and the surface waves are analyzed. In the end of the chapter the seismic model of Halldorson & Papageorgiou is presented, which has applications in earthquakes in Greece. In the third chapter the dynamic response of liquid storage tanks is analyzed, including soil-structure interaction effects. The theoretical and the mathematical background of the structure are analyzed and the mathematical equations for the calculation of the tank-liquid-soil system are written. The methodology which is followed is explained analytically. The diagrams and the tables of the coefficients which are used in the mathematical equations are presented. The diagrams and the tables exist in the international bibliography and are reproduced with the use of program Matlab in order to compare and check the results. In the end of the chapter the final system of the unknown displacements and rotations of the foundation is formulated. In the fourth chapter the response of the structure due to seismic excitation both with body waves and with surface waves is studied. For this purpose, diagrams of the response quantities of the structure are designed and presented together (pressure at the tank base, base shear, bending moment, vertical displacement of the liquid surface) for the excitations with the two types of the seismic waves mentioned above in order to make comparison between them. In the end of the chapter useful conclusions are expressed by studying carefully the diagrams. In the fifth chapter the influence of the change in the parameters of the system to the response quantities of the structure is examined. These parameters are the density of the liquid which is contained in the tank, the ratio of the height of the liquid which is contained in the tank to the radius of the tank and the shear wave velocity. In the sixth chapter the influence of the change in the parameters of the seismic excitation to the response quantities of the structure is examined. These parameters are the earthquake magnitude, the soil type, the frequency of the seismic excitation and the distance of the tank from the epicenter of the earthquake. In the seventh chapter the final conclusions of the thesis are summarized.
Appears in Collections:Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Fotopoulou(civ).pdf6.28 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.