Ανάλυση τρωτότητας και εκτίμηση σεισμικού κινδύνου με βάση τον επιτελεστικό σχεδιασμό σε ένα τυπικό σύστημα αγωγών μιας πετροχημικής εγκατάστασης

• Κύριος συγγραφέας: Καραγιαννάκης, Γεώργιος
• Άλλοι συγγραφείς: Μπούσιας, Ευστάθιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Σύστημα αγωγών; Καμπύλες τρωτότητας; Εκτίμηση σεισμικού κινδύνου; Piping system; Fragility curves; Seismic risk assessment; 665.544

Στην παρούσα εργασία γίνεται εκτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης ενός δικτύου αγωγών, το οποίο είναι συζευγμένο (δυναμική αλληλεπίδραση) με την τριώροφη μεταλλική κατασκευή στήριξής του. Αρχικά, στο κεφάλαιο 1 τονίζεται η σημασία της ασφάλειας των δικτύων αγωγών έναντι του σεισμικού κινδύνου, ενώ στο κεφάλαιο 2 εξετάζονται τα κύρια θέματα που έχουν να κάνουν με τον αντισεισμικό σχεδιασμό συστημάτων αγωγών, όπως είναι η μοντελοποίηση. Η τελευταία αφορά σε θέματα αλληλεπίδρασης μεταξύ των αγωγών στήριξης, τις συνοριακές συνθήκες του δικτύου αγωγών (οι οποίες διαφέρουν από σύστημα σε σύστημα) αλλά και την χρήση κατάλληλων μοντέλων (γραμμικά ή μοντέλα κελυφών) που θα χρησιμοποιηθούν για την προσομοίωση. Άλλα θέματα που υπεισέρχονται κατά τον σχεδιασμό ενός συστήματος αγωγών έχουν να κάνουν με την επιλογή της σεισμικής έντασης αλλά και με το είδος της ανάλυσης που θα χρησιμοποιηθεί. Στην συνέχεια στο κεφάλαιο 3 για την εξέταση της μηχανικής συμπεριφοράς των πιο κρίσιμων μελών του δικτύου αγωγών (καμπύλο τμήμα 〖90〗^0, διακλάδωση μορφής T joint, ακροφύσιο) αναπτύσσονται τρισδιάστατα πεπερασμένα στοιχεία στο πρόγραμμα ABAQUS, λαμβάνοντας υπόψιν όχι μόνο την μη γραμμικότητα του υλικού αλλά και της γεωμετρίας. Διερευνώνται οι ιδιαιτερότητες της απόκρισης των στοιχείων αυτών (σε όρους τάσεων, παραμορφώσεων ή αναπτυσσόμενης ροπής) σε μονοτονική και κυκλική φόρτιση, εξετάζοντας ταυτόχρονα την επιρροή της εσωτερικής πίεσης. Επίσης, για την επαλήθευση της ορθότητας της προσομοίωσης στο πρόγραμμα ABAQUS του καμπύλου τμήματος που περιλαμβάνεται στο σύστημα των αγωγών, αφού αυτό θα χρησιμοποιηθεί ως αντιπροσωπευτικό για την εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας ολόκληρου του συστήματος των αγωγών, γίνεται σύγκριση με υπάρχοντα πειραματικά αποτελέσματα. Στο κεφάλαιο 4, αφού συσχετιστούν τα επίπεδα επιτελεστικότητας με την σεισμική ένταση, αναπτύσσεται το τρισδιάστατο σύστημα των αγωγών (μεταλλική κατασκευή μαζί με το δίκτυο των σωληνώσεων) στο SAP2000, εισάγοντας πλαστικές αρθρώσεις στα υποστυλώματα, στις δοκούς και στα χιαστί σύμφωνα με τον FEMA356 και χρησιμοποιώντας γραμμικά στοιχεία τροποποιημένης δυσκαμψίας για τους αγωγούς. Επειδή δεν είναι υπολογιστικά εφικτό στα πλαίσια της παρούσας εργασίας να μοντελοποιηθεί όλο το σύστημα των αγωγών με χρήση πεπερασμένων στοιχείων για την διερεύνηση της σεισμικής του τρωτότητας, ενδεικτικά λαμβάνεται ένα τμήμα αυτού, το οποίο προσομοιώνεται στο πρόγραμμα ΑBAQUS. Έπειτα, στο κεφάλαιο 5 για την εκτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης του συστήματος των αγωγών πραγματοποιούνται 120 σεισμικές αναλύσεις αυξανόμενης έντασης αρχικά στο πρόγραμμα SAP2000, λαμβάνοντας τις καταγραφές στα δύο άκρα του υπό εξέταση τμήματος. Στην συνέχεια, οι καταγραφές μεταφέρονται στο πρόγραμμα ABAQUS στο οποίο εξετάζεται η απόκρισή του. Αφού διαμορφωθούν οι στάθμες βλάβης σε όρους παραμόρφωσης και συσχετιστούν με τις μορφές αστοχίας, διαμορφώνονται οι καμπύλες τρωτότητας για κάθε στάθμη βλάβης και για κάθε μορφή αστοχίας, διερευνώντας ποια είναι πιο δυσμενής για το σύστημα των αγωγών. Οι καμπύλες τρωτότητας προκύπτουν χρησιμοποιώντας δύο μεθόδους· την Μέθοδο των Πολλαπλών Λωρίδων και την Απομειωμένη Αυξητική Δυναμική Ανάλυση. Επίσης, χρησιμοποιώντας την μέθοδο της αυξητικής δυναμικής ανάλυσης γίνεται εκτίμηση της παραμόρφωσης που αναφέρεται σε κάθε επίπεδο επιτελεστικότητας, διερευνώντας με αυτόν τον τρόπο αλλά και με τις αναπτυσσόμενες τάσεις, την συντηρητικότητα ή μη των οριακών τιμών σχεδιασμού των προτύπων. Τέλος, στο κεφάλαιο 6 για την καλύτερη ερμηνεία των αποτελεσμάτων μέσω των καμπυλών τρωτότητας, εκτιμάται η μέση ετήσια συχνότητα εμφάνισης για κάθε μορφή αστοχίας και για κάθε στάθμη βλάβης του δικτύου αγωγών μέσω της συνέλιξης της καμπύλης τρωτότητας και της καμπύλης σεισμικής επικινδυνότητας (η οποία αναφέρεται στην περιοχή που εντοπίζεται η κατασκευή). Οι δείκτες που προκύπτουν συγκρίνονται με τις οριακές τιμές των προτύπων, για την εκτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης του συστήματος. Ο υπολογισμός του δείκτη της μέσης ετήσιας συχνότητας υπέρβασης αποτελεί και τον κύριο σκοπό αυτής της εργασίας.