Цилиндрические резервуары большой вместимости, опирающиеся на грунт, используются для хранения различных жидкостей, например, воды для питья и пожаротушения, нефти, химикатов и сжиженного природного газа. Удовлетворительная работа резервуаров во время сильных подземных толчков имеет решающее значение для современных объектов. Повреждения стальных резервуаров при землетрясениях могут принимать различные формы. Большие осевые сжимающие напряжения, возникающие в результате изгиба стенки резервуара по типу балки, могут вызвать изгиб стенки в виде “слоновьей ноги”. Взбалтываемая жидкость может повредить крышу и верхнюю часть стенки резервуара. Высокие напряжения вблизи плохо проработанных анкеров основания могут привести к разрыву стенки резервуара. Сдвиг основания может преодолеть трение, что приведет к скольжению резервуара. Подъем основания в незакрепленных или частично закрепленных резервуарах может повредить соединения трубопроводов, которые не способны воспринимать вертикальные смещения, разорвать оболочку из-за чрезмерных напряжений в стыках и вызвать неравномерную осадку фундамента.
Первые аналитические исследования касались гидродинамики жидкостей в жестких резервуарах, опирающихся на жесткий фундамент. Было показано, что часть жидкости движется в долгопериодическом движении, в то время как остальная часть движется жестко вместе со стенкой резервуара. Последняя часть жидкости – также известная как импульсивная жидкость – испытывает то же ускорение, что и грунт, и вносит основной вклад в сдвиг основания и опрокидывающий момент. Взбаламученная жидкость определяет высоту волн на свободной поверхности и, следовательно, требования к уровню свободного борта. Позже было показано, что гибкость стенки резервуара может привести к тому, что импульсивная жидкость будет испытывать ускорения, в несколько раз превышающие пиковое ускорение грунта. Таким образом, сдвиг основания и опрокидывающий момент, рассчитанные в предположении жесткости резервуара, могут быть неконсервативными. Резервуары, опирающиеся на гибкий фундамент, через жесткие маты основания, испытывают колебания и смещения основания, что приводит к более длительным импульсным периодам и, как правило, к большему эффективному демпфированию. Эти изменения могут существенно повлиять на импульсную реакцию. Конвективная (или пульсирующая) реакция практически не зависит от гибкости стенки резервуара и фундамента из-за длительного периода колебаний.
Резервуары, проанализированные в вышеприведенных исследованиях, предполагались полностью закрепленными в основании. На практике полное закрепление основания не всегда осуществимо или экономически целесообразно. В результате многие резервуары либо не закреплены, либо только частично закреплены в основании. Поэтому было изучено влияние поднятия основания на сейсмическую реакцию частично закрепленных и незакрепленных резервуаров, опирающихся на жесткий фундамент. Было показано, что поднятие основания уменьшает гидродинамические силы в резервуаре, но значительно увеличивает осевое сжимающее напряжение в стенке резервуара.
Дальнейшие исследования показали, что подъем основания резервуаров, опирающихся непосредственно на гибкий грунтовый фундамент, не приводит к значительному увеличению осевого сжимающего напряжения в стенке резервуара, но может привести к большим прорывам фундамента и нескольким циклам больших пластических поворотов на границе плит. Поэтому неанкерные резервуары на гибких опорах менее подвержены разрушению при смятии слоновой ноги, но более подвержены неравномерной осадке фундамента и усталостному разрыву на стыке плиты и оболочки.
В дополнение к вышеупомянутым исследованиям, многочисленные другие экспериментальные и численные исследования дали ценное представление о сейсмическом поведении резервуаров. В данной работе рассматривается только упругий анализ полностью закрепленных, жестко поддерживаемых резервуаров. Влияние гибкости фундамента и подъема основания на реакцию резервуара можно найти в других источниках.
Скачать полный отчет
Читайте далее:- Требования к проектированию железобетонных резервуаров для воды.
- СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ.
- Взаимодействие грунта со структурой – эффекты, анализ и применение в проектировании.
- Как построить резервуар для воды из накладной кладки? [PDF].
- Концептуальный сейсмический проект моста с вантовой опорой и его компоненты.
- Давление жидкости и закон Паскаля в механике жидкости.
- Высотные сооружения.