Sıvı tanklarının deprem hareketlerinin sismik taban izolasyonu yöntemi ile azaltılması

Abstract

Tüm mühendislik yapılan ile birlikte sanayide yoğun olarak kullanılmakta olan sıvı tanklarıda karşılaşacakları depremlerden oluşacak hasarlar engellenecek biçimde tasarlanmalıdır. Çözüm yöntemleri ise, sistemin kendisinde sözkonusu deprem yüklerine karşı yeterli dayanım ve düktiliteyi oluşturmak veya gelen deprem yüklerini ve etkilerini azaltacak şekilde sismik izolasyon yöntemi uygulamak olabilir. Bu çalışma sıvı tanklarında, taban izolasyonu yönteminin uygulanması ile şiddetli bir yer hareketi esnasında sıvı tankında oluşacak deprem mukabelesinin azaltılmasını konu edinmiştir. Taban izolasyonu yöntemi, deprem esnasında en büyük deformasyonun izolasyon sisteminin içinde oluşmasını sağlayarak, temelden üst yapıya intikal ettirilen ivmenin azaltılmasını böylece deprem mukabelesine ait pik değerlerin minimize edilmesini amaçlamaktadır. Öncelikle sistemin dinamik karakteristikleri, sıvı - yapı etkileşimini göz önüne alan yoğunlaştırılmış kütleli sistemden istifade edilerek, modal analiz yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Modal süperpozisyon ve buna bağlı olarak mukabele spektrumu yöntemi ile ilgili fiziksel büyüklüklerin pik mukabele değerlerinin hesabı için yöntemler sunulmuştur. Sonrasında 3D-BASIS bilgisayar programı kullanılarak zaman tanım alanında analiz yöntemi ile parametrik bir çalışma yapılmıştır. Bu parametrik çalışmada, tankın kendisine bağlı olarak narinlik etkisi (S=H/R) ve taban izolasyonuna bağlı olarak geniş ve narin tanklar için izolasyon periyodu (Tb) ve izolasyon sönüm oranı (Çb) değişim etkileri incelenmiştir. Bir önceki bölümde sunulan mukabele spektrumu yöntemi ile farklı parametreler için elde edilen büyüklükler, zaman tanım alanında çözüm yöntemi ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. En son bölümde ise rijit tabana oturan sıvı tankları ile yine farklı parametreler altında narin ve geniş tankların deprem mukabeleleri mukayese edilmiştir. Bu çalışmada, özellikle yüksek izolasyon periyodu değerleri için geniş ve narin tankların tamamında taban kesme kuvveti değerlerinde ciddi azalmaların olduğu görülmüştür. Buna karşın geniş tanklarda izolasyondan ötürü çalkalanma deplasmanında artış olmaktadır. Viskoz sönümün ise, tek başına fazla etkili olmamakla birlikte artan izolasyon periyodu ile birlikte artmakta olan izolasyon deplasmanını azaltmak için yararlı olduğu görülmüştür.All engineering structures and as well liquid storage tanks which are often used in industry, shall be designed against the possible earthquakes damages. The solution method may be; either attaining sufficient strength and ductility of the system itself against earthquake loads, or using seismic isolation methods which reduces the effecting earthquake loads and effects. This study focuses on reducing of earthquake response of liquid storage tanks during a strong ground motion by using base isolation method. Base isolation method aims to minimize the peak earthquake responses by attaining the maximum displacement to occur in the isolation system and the acceleration transmitted from the base to the structure is reduced. Firstly, the dynamic characteristics of the system is obtained by modal analyses using the lumped mass procedure which takes the liquid-structure interaction into account. Methods to calculate the peak response values are presented using modal superposition and related response spectrum methods. Afterwards, 3D-BASIS software is used to make a parametric study in time based analyses method. In this parametric study; tank aspect ratio (S=H/R) which is tank's own characteristic and the isolation period (Tb), and isolation damping ratio (§b) of broad and slender tanks are investigated related to base isolation. The values obtained for different parameters using the response spectrum method presented in the previous section are compared with the values obtained from time based solution methods. In last section, earthquake responses of broad and slender liquid storage tanks are compared under different parameters which are stated on rigid base. In this study; it is observed that the base shear of broad and slender tanks are significantly reduced especially for high isolation period values. However, at broad tanks sloshing displacement is increased because of isolation. Viscous damping is not significant by itself, yet it is beneficial at reducing isolation displacement with increasing isolation periods.