گزارش سمينار درس انتقال آب

)اندركنش بين سيال و سازه(

جناب آقاي دكتر شمس:استاد درس

اعضاي گروه:

)8610623( روح اله گنجي آزاد

)8610763( ريحامد غفا

)8610523( مجيد اللهياري

)90(بهار

بسمه تعالي

2

:زلزله اثر تحت پي مخزن و، آبگير برج اندركنش

بحراني شرايط در بلكه داري بر بهره و عادي شرايط در تنها نه كه برخوردارند اهميتي چنان از آبگير، ي ها برج و سدها مانند ويژه هايسازه

هاي برج مانند آن مجاور هاي سازه و بزرگ سدهاي انهدام از ناشي ومالي جاني سنگين پيامدهاي .باشند بااليي ايمني داراي بايد زلزله چون

مقاومت آسيبي ينتر كم با قوي هاي زلزله مقابل در كه كنند طراحي اي گونه به را هايي سازه چنين تا سازد مي رهنمون را مهندسين آبگير،

ها آن ميان اندركنش به سيستم كلي پاسخ و دارند يكديگرقرار با مستقيم تماس در سازه و سيال دومحيط كه، آن دليل به ديگر طرف از .كنند

سدهاي از بسياري براي .باشد سازه -سيال همبسته سيستم واقعي رفتار بيانگر كه باشد اي گونه به بايد ها سازه اين سازي مدل است؛ وابسته

ها، آن گسيختگي كه زماني ويژه به ها سازه گونه اين ، رو اين از .ميشوند كنترل آبگيربتني هاي برج توسط خروجي آب جريان بتني، ويا خاكي

نوين هاي روش گسترش براي انرپژوهشگ ميان در را زيادي اشتياق امر اين .برخوردارند هاي ويژ اهميت از باشد؛ داشته درپي نيز را سد انهدام

.است آورده پديد لرزهاي ديناميكي منظورتحليل به سازي مدل

چشمه ب ها آن .دانست Chopra و Liawي ها پژوهش ميتوان را مخزن - آبگير برج اندركنش مساله روي بر گسترده هاي پژوهش سرآغاز

آب توسط كه را محوري متقارن آبگير هاي برج مودال رفتار هيدروديناميكي، هاي ممان نيزاثرات و خاك - پي - برج اندركنش اثرات از پوشي

نخستين رايب. شد آبگير هاي برج براي"هيدروديناميكي افزوده جرم" مفهوم ارائه به منجر آنان هاي تالش كه كردند بررسي اند، شده محاط

در سال Jacobson .بود كرده پيشنهاد زلزله هنگام در سدها بر آب فشار گرفتن درنظر رابراي مفهوم اين Westergaard ،1933در سال بار

نيروهاي اثرات روي بر Kotsubo ، 1965 سال در همچنين .كرد بررسي را اي استوانه مخازن بر هيدروديناميكي نيروهاي ضربه اثرات 1949

.كرد پژوهش آب در مستغرق نيمه بيضوي هاي برپايه لرزهاي

» هيدروديناميكي افزوده جرم« مفهوم از كارگيري به با خاك -پي -آب-برج اندركنش درنظرگرفتن با آبگير هاي برج خطي هارمونيك تحليل

يك سيستم و طيفي تحليل براي اي ساده روند همچنين ها آن .شد بررسي Chopraو Goyal توسط 1989 سال در فركانس، حوزه در و

فشارهايTreftz از روش كارگيري به با ، 1382 سال در زاده ومرتضي نورزاد .ندكرد ارائه آبگير ي ها برج براي معادل آزاد درجه

بتني هيدروليكي هاي سازه رفتار بررسي از پس اخير درسالهاي .كردند محاسبه آبگير هاي برج روي را روش پذير تراكم سيال هيدروديناميكي

هاي برج غيرخطي اي عملكردلرزه ارزيابي منظور به نيز هاييتحليل و آمريكا،آزمايش ارتش مهندسين توسط نامه آئين ارائه و عملكرد اساس بر

.است شده انجام متحده اياالت در موجود آبگير

فرض پايه بر روش اين كه است شده گرفته نظر در هيدروديناميكي افزوده جرم توسط آب -برج اندركنش شده، ياد هاي پژوهش اغلب در

يا و طراحي منظور به نيز امروزه كه آيد مي دست به سازه زير روش از و است سازه مصالح خطي رفتار و آب ناپذيري تراكم سازه، بودن صلب

هاي مدل ساخت پيچيدگي و آبگير هاي برج بر موثر محيطي هاي پديده گستردگي دليل به ولي ميرود كار به آبگير هاي برج اي لرزه ارزيابي

بارهاي محاسبه ابزار موثرترين و ترين ارزان عنوان به عددي سازي مدل اخير، دهه در هها رايان پرشتاب پيشرفت به توجه با و آزمايشگاهي

محدود المانريامانند عددي هاي ازروش ميتوان رو، اين از .ميشود محسوب ها لرزه زمين اثر در ها سازه اين رفتار ارزيابي و هيدروديناميكي

افزوده جرم روش با مقايسه در اي، لرزه بارهاي اثر در آنها ميان اندركنش و سازه و سيال رفتار دقيق و واقعي سازي مدل منظور به "استاندارد

جست. سود هيدروديناميكي؛

3

بيرونيجرم افزوده هيدروديناميكي براي سيال دروني و -1شكل

نتيجه گيري:

:آمده دست به زير نتايج پژوهش، اين در شده مطالعه آبگير برج خطي اي لرزه رفتار بر پي-مخزن- آبگير برجاز بررسي اثر مدل سازي اندركنش

ميزان به ترتيب به برج نوك به انتقالي وشتاب مكان تغيير كاهش باعث پي سنگ سازي خالي،مدل مخزن با برج براي ، طبس زلزله اثر در )الف

.شود مي %31.9و % 35.3

و شتاب و مكان تغيير افزايش باعث پي سنگ سازي مدل ، طبس زلزله اثر در استاندارد، محدود المان صورت به پيراموني مخزن با برج برايب)

.ميشود 15.82%و 89.38% ميزان به تيب تر به برج نوك به انتقالي

نوك شتاب و مكان تغيير طبس زلزله دراثر پي، سنگ سازي مدل با شود؛ مدل " هيدروديناميكي افزوده جرم" صورت به پيراموني مخزن اگرج)

.يابند مي كاهش %14.44 و %39.72 ميزان به ترتيب به دو هر برج

%37ميزان به ترتيب به را آن به انتقالي وشتاب برج نوك مكان تغيير استاندارد، محدود المان روش به مخزن سازي مدل طبس، زلزله اثر درد)

.ميدهد كاهش خالي مخزننسبت به %75.47و %10ميزان به ترتيب به " هيدروديناميكي افزوده جرم "روش و%80.8و

تشكيل موقعيت در آن فركانسي محتواي و زلزله نوع ولي اند وابسته يكديگر به سازه تغييرشكل و هيدروديناميكي فشار حداكثر كلي، طور هبو)

.است موثر آن پخش الگوي و فشارهيدروديناميكي حداكثر

خمشي صورت به شده بررسي ي ها مدل تمام براي برج شكل تغيير خطي، حالت در كه ميشود نتيجه مكان، تغيير - ارتفاع نمودار به توجه باز)

.است خالص

4

محدود المان مخزن براي افزايش اين. ميشود مخزن بدون حالت به نسبت برج شكل تغيير افزايش باعث مخزن سازي مدل ناغان، زلزله برايح)

.است % 24 ميزان به افزوده جرم مخزن وبراي % 38 مقدار به

.ميشود وابسته زلزله فركانسي محتواي و مخزن سازي مدل نوع به درارتفاع برج شكل تغيير ميزان پي، سنگ سازي مدل باط)

و %35.97ميزان به ترتيب به پي سنگ سازي مدل با افزوده، جرم مخزن با و مخزن بدون برج براي اصلي تنش حداكثر طبس، زلزله اثر دري)

.ميدهد افزايش %93.77اندازه به را برج روي تنش پي، سنگ سازي مدل محدود، المان مخزن براي اما يابد مي كاهش 39.13%

پايه با خالي مخزن حالت به نسبت%31.4 ميزان به را اصلي تنش حداكثر محدود، المان روش به مخزن سازي مدل طبس، زلزله اثر درك)

افزايش مي دهد. %5.7ميزان به را اصلي تنش "افزوده .جرم" با مخزن سازي مدل كه حالي در ميدهد كاهش ثابت

بهتر .رود كار به آغازين طرح براي تنهاميتواند "هيدروديناميكي افزوده جرم" صورت به مخزن سازي مدل شده، انجام مطالعات به توجه بال)

"استاندارد محدود المان" روش به بعدي سه سازي مدل ساختگاه موثر هاي زلزله اثر تحت آبگير برج اي لرزه رفتار دقيق بررسي منظور به است

.گيرد انجام

5

دريائي: لوله خطوط در ديناميكي كمانش

ضخامت شود؛زيرا مي انجام پايداري اصول براساس آنها طراحي شوند، مي محسوب اي پوسته هاي سازه جزء لوله خطوط اينكه به توجه با

ها آن ديگر، سوي از استوانهاي هاي پوسته بر اعمالي نيروهاي اثر در فشاري هاي تنش ميدان وجود و سو يك از ديگر ابعاد به نسبت پوسته كم

قرار واسطه به . بيافتد اتفاق ها آن در كلي يا موضعي صورت به است ممكن وارده بارهاي اساس بر كه دهد مي قرار ناپايداري معرض در را

نوع اين وقوع از جلوگيري كه دهد رخ موضعي كمانش است ممكن شرايطي تحت ، )آب ستاتيكاهيدرو فشار( زياد بسيار فشار تحت لوله گرفتن

.است طراحي اصلي موضوعات از يكي آن انتشار و كمانش

يك از كمانش، .باشند مي عميق درآبهاي شده نصب لوله خطوط طراحي در تاثيرگذاري مباحث خارجي، فشار از ناشي خرابي و كمانش

.دارد را لوله كل خرابي پتانسيل و يابد مي انتشار زيادي سرعت با شده شروع لوله، شده ضعيف موضعي مقطع

Stewart آزمايش اين انجام از او هدف واقع در .كرد بررسي را بلند لوله در كمانش انتشار و وقوع تجربي، طور به كه بود كسي اولين

فشار از تر پائين فشارهاي در كه دريافت كرد، اعمال لوله بر دوباره را فشار كه هنگامي خود آزمايشات در وي .بود)Pco (خرابي فشار تعيين

لوله رفتار بررسي موضوع فراساحلي، گاز و نفت صنعت گسترش با بعد سالها .ميكند شدگي پهن دچار را لوله تمام و يافته انتشار كمانش خرابي،

از بعضي كمك به فراساحل زمينه در فعال هاي شركت تا شد اي انگيزه و گرفت قرار توجه مورد زياد، خارجي فشار يك تحت انتقال، هاي

همكاران و Mesloh توسط "يافته گسترش كمانش" اصطالح عمومي اشاعه اولين .دهند انجام زمينه اين در آزمايشاتي معتبر، هاي آزمايشگاه

باالتر، مقادير در كه صورتي در ماند، مي باقي موضعي صورت به كمانش فشارها، از بعضي تحت كه شد مشاهده زمان همان در .گرفت صورت

بيانگر كه گرديد، تعريف دريائي هاي لوله براي اي مشخصه فشار اساس برهمين .ميكند خراب را نمونه طول تمام و يابد مي گسترش كمانش

فشار از كمتر مراتب به مقداري ميشود گفته انتشار فشار آن به كه دارد نگه انتشار حالت در را كمانشي چنين ميتوانست كه بود فشاري كمترين

است.) خرابي فشار درصد 25-15معموال ميكند،انتشار به شروع كمانش آن در كه فشاري(دارد لوله انتشار فشار Pp ، خرابي

زمان يك در كيلومتر چندين اندازه به كنندهاي نگران خرابي ايجاد پتانسيل دارد، وجود شاخص بحراني فشار دو اين بين كه زيادي اختالف

انتشار سرعت .يابد مي انتشار ديناميكي صورت به انتشار، فشار از باالتر فشاري هر در آمده وجود به ناپايداري .ميدهد نشان را كوتاه نسبتا

هاي لوله طراحي در را اساسي نقش خارجي فشار اثر تحت خرابي امروزه .رسد مي ثانيه بر متر صدها به وارده فشار به وابسته ديناميكي كمانش

وجود لوله انتشار فشار از بيشتر فشاري اعمال امكان كه حالتي در يا عميق آب در ديناميكي كمانش انتشار پديده معموال .ميكند ايفا عميق آب

چنداني مطالعات ديناميكي كمانش انتشار مورد در شده، انجام كمانش انتشار مساله روي كه زيادي تحقيقات رغم علي .ميدهد رخ باشد، داشته

اگر .است نگرفته قرار تحليل مورد گسترده طور به هنوز نيز ديناميكي كمانش انتشار سرعت موضوع ترتيب همين به و است نگرفته صورت

متناسب سرعتي با كمانش اين شود موضعي كمانش دچار دارد قرار انتشار فشار از بيشتر فشاري تحت كه معين ضخامت به قطر نسبت با لولهاي

ازفشار كمتر فشار كه برسد عمقي به يا و كند برخورد گير كمانش به كمانش كه زماني تا كمانش انتشار .ميكند انتشار به شروع آغاز، فشار با

تقاطع فشار با برابر آغازي فشار از ناشي سرعت از گير كمانش با كمانش برخورد هنگام انتشار سرعت كه صورتي در .مييابد ادامه باشد، انتشار

كمانشگير تقاطع فشار و كمانش انتشار سرعت از استفاده با ميتوان عبارتي به .ميكند عبور گير كمانش از كمانش باشد بيشتر Pmگير كمانش

.ميشود محسوب لوله طراحي در مهم اي مقوله انتشار سرعت يافتن بنابراين .خير يا ميكند عبور گير كمانش از كمانش آيا كه نمود مشخص

شبه انتشار از حاصل خرابي با كمانش ديناميكي انتشار از ناشي خرابي كه ميشود منتشر ديناميكي و استاتيكي شبه صورت دو به خرابي

.دارد تفاوت استاتيكي

6

گيري نتيجه

با سرعت تغييرات روند .مييابد افزايش سرعت مقدار ضخامت، به قطر نسبت كاهش با كه گرفت نتيجه ميتوان سرعت مقادير مقايسه با

.ميكند تجربه را ها سرعت از وسيعتري محدوده كمتر ضخامت به قطر نسبت با اي لوله عبارتي به مييابد افزايش ضخامت به قطر نسبت كاهش

كاهش نيز را گيرها كمانش بين فاصله و كرد استفاده باالتر بازدهي ضريب با كمانشگيرهائي از بايد باال سرعت با كمانشهاي كردن متوقف براي

براي سرعت افزايش ميزان كه گرفت نتيجه ميتوان واقع در مييابد، افزايش نمودارها بين فاصله ، 35 از كمتر ضخامت به قطر نسبتهاي در .داد

:نمود بندي جمع توان مي بدينصورت را حاصله نتايج كلي طور به .يابد مي افزايش ناگهاني طور به 35 از كمتر ضخامتهاي به قطر نسبتهاي

.است بيشتر افزايش اين ميزان 35 از كمتر ضخامت به قطر نسبتهاي در .مييابد افزايش سرعت مقدار ضخامت به قطر نسبت كاهش با 1-

آغاز فشار و ديناميكي كمانش انتشار سرعت بين رابطه كه است اين دقيقتر مشخص، ضخامت به قطر نسبت و يكسان مصالح با ييها لوله براي2-

.شود بيان سوم درجه تابع يك صورت به

در كه ميدهد نشان سوم درجه هاي منحني تغيير روند .است بيشتر خرابي فشار و انتشار فشار به نزديك فشارهاي در انتشار سرعت تغييرات 3-

ميشود. بيشتر سرعت تغييرات روند خرابي فشار و انتشار فشار به نزديك فشارهاي در عبارتي به يا منحني انتهاي و ابتدا

زير نمايش داده شده است: در ABAQUSبا استفاده از نرم افزار يك آببند وسيال آب FSIنمونه اي از تحليل

آب تحت فشار االستيك سد از يك انحراف

الگرانژي- معادالت جفت شده اولريآناليزبراساس

اجزا:

7

مشخصات آب:

parameter Value

density 1000

viscosity 0.001

هندسه موردنظربراي قسمت اولري:

شرايط مرزي:

8

استفاده مي شود. ميلي متر 5سيستم مش بندي بادانه بندي كه درآن ازيك EC38Rقسمت اولري براساس المنت هاي

ايجاد شده است. 4*75دريك شبكه بندي C3D8Rخود سد با المنت

نحوه ي المان گيري در ديواره-2شكل

تغييرشكل سد:

نحوه تغيير شكل با گذشت زمان -3شكل

9

تنش فون مايسزنحوه تغيير -4شكل

نحوه تغييرات جابه جايي با گذشت زمان -5شكل

10

بر سازه هاي دريايي:نيروي موج اعمالي

عمق آب و ،توپوگرافي بستر دريا ،يا روابط طراحي بر حسب نوع سازه نيروي موج وارد بر يك سازه را ميتوان با استفاده از مدل فيزيكي و

ظم بوده و بسته به عمق آب و مشخصه هاي موج با توجه به طبيعت تصادفي امواج تعيين كرد. درواقع امواج دريا از نظرارتفاع و دوره تناوب نامن

شكنا ويا شكسته باشند ودر بررسي ومحاسبه نيروي موج بايد امواجي را ،وضعيت توپوگرافي بستر دريا ممكن است داراي يكي از حاالت ناشكنا

كه بيشترين تاثير را بر سازه دارند مورد توجه قرار داد.

يك ري اعمال مي كنند. بنابراين در طراحي سازه ها نيروي موج با ارتفاع ماكزيمم(در بين معموال امواج داراي ارتفاع بيشتر نيروي بيشت

ها رشته امواج نامنظم) بر روي سازه مورد توجه است.البته در محاسبه ي پايداري سنگ هاي آرمور وبلوكهاي بتني مستقر بر روي شيرواني سازه

اور درنظر گرفتن تاثير عملكرد پي در پي امواج نامنظم مطلوب خواهد بود.و محاسبه نيرو هاي وارده بر سازه هاي بتني يا شن

نيروي موج وارده بر يك ديوار قائم

ويژگي هاي كلي نيروي موج وارده بر يك ديوار قائم:

شوك وارده از طرف امواج شكنا نيروي موج وارده بر ديوار قائم واقع بر بستر با شيب تند ويا واقع بر شالوده اي كه تحت تاثير نيروي برخورد يا

با توجه به پروفيل و شكل وجه جلوي سازه بستگي دارد.،توپوگرافي بستر دريا ،عمق آب،ارتفاع جزر ومدي ،قرار مي گيرد به وضعيت امواج

هكارهايي جهت كاهش اين پيچيدگي روابط مورد بحث در محاسبه ي نيروي وارد بر يك ديوار قائم از ذكر انها خودداري مي كنيم و به ذكر را

نيرو وساخت سازه هاي ايده ال مي پردازبم:

)استفاده از موج شكن ها با توجه به شرايط منطقه1

ساخت ديوار بتني با روكش ضربه گير)2

)انحراف جريان هاي دريايي قبل از برخورد موج به سازه3

جه آزادي سيستم كمتر باشد نيري دريافتي از موج كمتر مي شود))زياد كردن درجه آزادي سيستم تا جايي كه امكان دارد.(هرچه در4

)قرار دادن الستيك هاي شناور در محدوده موج5

)طراحي ايده ال سازه متناسب با نيروهاي اعمالي با ضريب اطمينان مناسب6

11

نيروي موج وارد بر يك سازه نزديك به سطح آب

در نزديكي سطح آبنيروي باال برنده وارد بر يك سطح افقي واقع

برصفحات افقي واقع در نزديكي سطح آب وارد مي شوند.پيدايش اين نيروها به مشخصه هاي موج نيروهاي برخورد (شوك) گاهي اوقات

حدود جزر ومدي شكل سازه و عواملي نظيرآن بستگي دارد.

بايد به كمك روش هاي مناسب نظير آزمايشهاي مدل هيدروليكي در شرايطي كه خطر بروز اين نيرو احساس مي شودنيروي باالبرنده را

تعيين كرد.