Μελέτη της σεισμικής απόκρισης δεξαμενών αποθήκευσης υγρών

• Κύριος συγγραφέας: Φωτοπούλου, Μαγδαληνή
• Άλλοι συγγραφείς: Fotopoulou, Magdalini
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Σεισμική απόκριση; Δεξαμενές αποθήκευσης υγρών; Κύματα χώρου; Κύματα επιφανείας; Κώδικας Matlab; Seismic response; Fluid-filled tanks; Body waves; Surface waves; Matlab code

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.