Ali İhsan ÇELİK, M. Metin KÖSE, Tahir AKGÜL, Ahmet Celal APAY

YIKICI SİSMİK YÜKLER ALTINDA SİLİNDİRİK ÇELİK SU TANKLARININ DOĞRUSAL OLMAYAN ANALİZİ

Silindirik çelik sıvı tankları; su, petrol ve endüstriyel kimyasallar gibi çeşitli sıvıları depolamak için yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Ayrıca son yıllarda nükleer enerji santrallerinde soğutma amaçlı kullanımları yaygınlaşmaktadır. Çelik sıvı tanklarındaki petrol veya diğer tehlikeli kimyasallar, deprem esnasında tanklarda oluşan hasarlar sebebi ile büyük finansal ve çevresel zarara neden olabilmektedir. Önemli mühendislik yapıları olan bu tankların, doğal titreşim periyotları 0,1 sn.- 0,5 sn. aralığındadır. Bu kısa periyotta meydana gelen maksimum deprem enerjisinden dolayı tanklarda hasarlar oluşabilir. Bu çalışma için, silindirik çelik tanklardaki deformasyonlar, burkulmalar çok kısa sürede meydana geldiği için 0,22 saniyelik El-Centro deprem kaydı kullanılmıştır. Bununla birlikte, yıkıcı ve kısa süreli kuvvetler altında yapıların dinamik analizinde ANSYS Workbench “Explicit Dynamics” aracı çok iyi sonuçlar verdiğinden, seçilen bu süre ve deprem verisi, doğrusal olmayan analiz için ideal olmuştur. Su ve tank duvarı arasındaki etkileşimi sağlamak için suyun modellenmesinde, “Eulerian Body” ağ yapısı tekniği, “Explicit Dynamics” aracında tercih edilmiştir. Analizde üstü-açık tank modeli, üstü-konik model ve üstü-kubbe şeklinde kapatılan model kullanılmış ve üç farklı cidar kalınlığı için analizler tekrar edilmiştir. Tank cidar kalınlığına ve tankın kapak şekline bağlı olarak, meydana gelen deformasyon ve burkulmaların sebepleri irdelenmiştir. Analiz sonucunda, silindirik çelik sıvı tanklarının kubbe şeklinde kapatılmasının deformasyonları ve burkulmaları azalttığı görülmüştür

Anahtar Kelimeler:

Çelik su tankı, “Explicit Dynamics”analiz, Deformasyon

PDF

___

[1] Product Design and Development Inc. http://www.productdesign-development.com/pages/impact-analysis, yayın tarihi ocak 1 2018, erişim tarihi Nisan 16 2018
[2] Cooper, T. W., and Wachholz, T. P. 1999. “Optimizing Post-earthquake Lifeline System Reliability” In Proceedings of the 5th US Conference on Lifeline Earthquake Engineering, 878-86.
[3] Veletsos, A. S., and Yang, J. Y. 1977. “Earthquake Response of Liquid Storage Tanks—Advances in Civil Engineering through Mechanics” In Proceedings of the Second ASCE (American Society of Civil Engineers) Engineering Mechanics Specialty Conference, 1-24.
[4] Haroun, M. A., and Housner, G. W. 1981. “Earthquake Response of Deformable Storage Tanks” Journal of Applied Mechanics 48 (2): 411-8.
[5] Chalhoub, M. S., and Kelly, J. M. 1990. “Shake Table Test of Cylindrical Water Tanks in Base Isolated Structures” Journal of Engineering Mechanics 116 (7): 1451-72.
[6] Bo, L., and Jia-xiang, T. 1994. “Vibration Studies of Base Isolated Liquid Storage Tanks” Computers and Structures 52 (5): 1051-9.
[7] Malhotra, P. K. 1997. “Method for Seismic Base Isolation of Liquid Storage Tanks” Journal of Structural Engineering 123 (1): 1051-9.
[8] Shenton, H. W., and Hampton, F. P. 1999. “Seismic Response of Isolated Elevated Water Tanks” Journal of Structural Engineering 125 (9): 965-76.
[9] J.C. Virella, L.A.Godoy,L.E.Suarez “Dynamic buckling of anchored steel tanks subjected to horizontal earthquake excitation”, Journal of Constructional Steel Research 62 (2006) 521–531
[10] A. İ. Çelik, Akgül T. “Stress Analysis of Cylindrical Steel Storage Liquid Tanks During the Instantaneous Loads”, The 3rd International conference on Structural Engineering, New Technology and Methods (ICSENM'18), Busapest, 8-10 april 2018.
[11] A. Maekawa and K. Fujita, “Explicit Nonlinear Dynamic Analysis of Cylindrical Water Storage Tanks Concerning Coupled Vibration Between Fluid and Structure,” ASME 2008 Pressure Vessels and Piping Conference, vol. 8, Seismic Engineering Chicago, Illinois, USA, 2008.
[12] V. Mittal, T. Chakraborty, V. Matsagar, “Dynamic analysis of liquid storage tank under blast using coupled Euler–Lagrange formulation” Thin-Walled Structures, vol. 84, pp. 91-111, 2013, 2014.
[13]J.M. Spritzer, S. Guzey, “Review of API 650 Annex E: Design of large steel welded abovegroundstorage tanks excited by seismic loads”, Thin-Walled Structures 112 (2017) 41–65, 2017.
[14] S. Nicolici, R.M. Bilegan, “Fluid structure interaction modeling of liquid sloshing phenomena in flexible tanks”, Nucl. Eng. Des. 258 (2013) 51–56.
[15] J.M. Spritzer, S. Guzey “Nonlinear numerical evaluation of large open-top aboveground steel weldedliquid storage tanks excited by seismic loads”, Thin-Walled Structures 119 (2017) 662–676
[16] Mahmoud R. Maheri, M.E. Karbaschi, M. Mahzoon, “Analytical evaluation of dynamic characteristics of unanchored circular ground-based steel tanks”, Thin-Walled Struct. 109 (1) (2016) 251–259.
[17] Kamyar Kildashti, Neda Mirzadehb, Bijan Samali, “Seismic vulnerability assessment of a case study anchored liquid storage tank by considering fixed and flexible base restraints”, Thin-Walled Structures 123 (2018) 382–394
[18] M. Ormeno, T. Larkin, N. Chouw, “The effect of seismic uplift on the shell stresses of liquid-storage tanks”, Earthq. Eng. Struct. D 44 (12) (2015) 1979–1996.
[19] N. Buratti, M. Tavano, “Dynamic buckling and seismic fragility of anchored steel tanks by the added mass method”, Earthq. Eng. Struct. Dyn. 43 (1) (2014) 1–21 Article.
[20] L.A. Godoy, “Buckling of vertical oil storage steel tanks: review of static buckling studies”, Thin-Walled Struct”. 103 (2016) 1–21.
[21] M. Djermane, D. Zaoui, B. Labbaci, F. Hammadi, “Dynamic buckling of steel tanks under seismic excitation: numerical evaluation of code provisions”, Eng. Struct. 70 (2014) 181–196.
[22] American Petroleum Institute (API) Standard, 650, Welded steel tanks for oil storage, 12th Ed., American Petroleum Institute, 2013
[23] Housner, G.W. Dynamic Prssure on Accelerated Fluid Conteiners. Thechnic, California: California Institue, 1955.
[24] Hussein, M. M. Storage Water Tanks. eg.linkedin.com/in/moamenmohamedh. Erişim tarihi: 28.01.2018
[25] ANSYS 16.2 help document.
[26 ] https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/17.0/en-us/help/exd_ag/exp_dyn_theory_expl_flui_struct_582.html, Erişim tarihi: 28.01.2018