تأثیر انعطاف‌پذیری پی بر پاسخ دینامیکی سدهای بتنی وزنی تحت اثر مؤلفه‌های همبسته انتقالی و دورانی شتاب زمین

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

هدف از این تحقیق، بررسی پاسخ دینامیکی سدهای بتنی وزنی با در نظر گرفتن اثر همزمان مؤلفه­های همبسته انتقالی و دورانی شتاب زمین در طی زلزله در حالت دو بعدی و با احتساب اندرکنش سیستم سد- پی- مخزن می­باشد. برای این منظور، مؤلفه­های دورانی حرکت زمین با استفاده از مؤلفه­های انتقالی و نیز روابط کلاسیک تئوری الاستیسیته و تئوری انتشار امواج و با در نظر گرفتن سرعت امواج وابسته به فرکانس تولید و به روش مناسب به مدل اجزاء محدود سیستم اعمال و پاسخ دینامیکی آن به روش نیومارک و استفاده از تغییر مکان به عنوان متغیر مجهول در گره‌های شبکه اجزاء محدود کل سیستم که به روش لاگرانژی-لاگرانژی معروف می­باشد، به دست می­آید. بر اساس فرمول­بندی مطرح شده حساسیت پاسخ سد با تغییر مدول الاستیسیته پی، تراز آب مخزن و نیز ضریب جذب کف مخزن تحت شتاب­نگاشت­های مختلف با احتساب اثر مؤلفه دورانی زلزله مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهند که بسته به محتوای فرکانسی و طیف توان مؤلفه دورانی زلزله، تاثیر آن بر پاسخ سد می­تواند کم یا زیاد باشد. در هر حال در مواردی که تأثیر مؤلفه دورانی بر پاسخ سد قابل توجه باشد، با افزایش سختی پی سد و افزایش ضریب جذب کف، اثر مؤلفه دورانی کاهش می­یابد. علاوه بر این با افزایش تراز آب مخزن، اثر مؤلفه دورانی زلزله بر پاسخ تاج سد افزایش می­یابد ضمن این که تغییرات کیفی قابل توجهی نیز در تاریخچه زمانی پاسخ مشاهده می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Foundation Flexibility Effect on Dynamic Response of Concrete Gravity Dams under Correlated Translational and Rotational Components of Ground Motion

نویسندگان [English]

  • Bahram Navayi Neya 1
  • Leila Kalani Sarokolayi 2
1 Faculty of Civil Engineering, Babol University of Technology
2 Faculty of Civil Engineering, Babol University of Technology

کلیدواژه‌ها [English]

  • Correlated translational and rotational components
  • Dam-reservoir-foundation system
  • Fluid-structure interaction
[1]        Westergard, H. M., "Water Pressure on Dams during Earthquakes", ASCE Transactions, 1933, 98, 418-433.
[2]        Chopra, A. K., "Hydrodynamic Pressure on Dam during Earthquakes", ASCE Transactions, 1967, 93 (EM6), 205-223.
[3]        Chopra, A. K., "Earthquake Behavior of Reservoir-Dam Systems", ASCE Transactions, 1968, 94 (EM6), 1475-1500.
[4]        Chopra, A. K., Dibaj, M., Clough, R. W., Penzin, J., Seed, H. B., "Earthquake Analysis of Earth Dam", Fourth World Conference on Earthquake Engineering, Santiago, Chie, January, 1969, pp A5-55.
[5]        Zienkiewicz, O. C., Nath, B., Irons, B. M., "Natural Frequencies of Complex, Free, or Submerged Structures by the Finite Element Method", School of Engineering, University College of Swansea, 1965.
[6]        Chakrabarti, P., Chopra, A. K., "Earthquake Analysis of Gravity Dams Including Hydrodynamic Interaction", Earthquake Engineering and Structural Dynamics 1973, 2 (2), 143-160.
[7]        Chakrabarti, P., Chopra, A. K., "Hydrodynamic Effect in Earthquake Response of Gravity Dams", ASCE Journal of Structural Division, ASCE, 1974, 100 (6), 1211-1224.
[8]        Clough, R. W., Zienkiewicz, O. C., "Finite Element Method in Analysis and Design of Dams", International Symposium Criteria and Assumptions for Numerical Analysis of Dams, Swansea, 1975.
[9]        Fenves, G., Chopra, A. K., "Effects of Reservoir Bottom Absorption and Dam-Water-Foundation Rock Interaction on Frequency Response Functions for Concrete Gravity Dams", Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1985, 13 (1), 13-31.
[10]     Lotfi, V., Roesset, J. M., Tassoulas, J. L., "A Technique for the Analysis of the Response of Dams to Earthquakes", Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1987, 15 (4), 463-490.
[11]     El-Aidi, B. J. F., Hall, "Nonlinear Earthquake Response of Concrete Gravity Dams, Part 1: Modeling", Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1989, 18 (6), 837-851.
[12]     Navayi Neya, B., "Mathematical Modeling of Concrete Gravity Dams under Earthquake Loading Considering Construction Joints", PhD Thesis, Moscow Power Engineering Institute, 1998.
]13[    واثقی امیری، ج.، "تحلیل دینامیکی غیر خطی ناشی از گسیختگی برشی-کششی سدهای بتنی وزنی با در نظر گرفتن اندرکنش دینامیکی تحت زلزله"، پایان­نامه دکتری تخصصی، دانشگاه تربیت مدرس، 1377.
[14]     Ghaemian, M., Ghobarah, "Nonlinear Seismic Response of Concrete Gravity Dams with Dam-Reservoir Interaction", Engineering Structures, 1999, 21 (4), 306-315.
[15]     Ahmadi, M. T., Razavi, S., "A Three-Dimensional Joint Opening Analysis of an Arch Dam", Computers & Structures, 1992, 44 (1-2, 3), 187-192.
[16]     Kalateh, F., Attarnejad, R., "Finite Element Simulation of Acoustic Cavitation in the Reservoir and Effects on Dynamic Response of Concrete Dams", Finite Elements in Analysis and Design, 2011, 47 (5), 543-558.
[17]     Newmark, N. M., "Torsion in Symmetrical Buildings", The 4th World Conference on Earthquake Engineering, Santiago, Chile, 1969, pp A3.19-A3.32.
[18]     Ghafory Ashtiani, M., Singh, M. P., "Structural Response for Six Correlated Earthquake Components", Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1986, 14 (1), 103-119.
[19]     Huang, B. S., "Ground Rotational Motions of the 1999 Chi Chi, Taiwan Earthquake as Inferred from Dense Array Observations", Geophysical Research Letters,  2003, 30 (6), 1307-1310.
[20]     Ghayamghamian, M. R., Nouri, G. R., "On the Characteristics of Ground Motion Rotational Components using Chiba Dense Array Data", Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2007, 36 (10), 1407-1442.
[21]     Spudich, P., Steck, L. K., Hellweg, M., Fletcher, J. B., Baker, L. M., "Transient Stresses at Parkfield, California, Produced by the M7.4 Landers Earthquake of June 28, 1992: Observation from the UPSAR Dense Seismograph Array", Journal of Geophysics Research, 1995, 100 (B1), 675-690.
]22[    نوری، غ. ر.، قائم­مقامیان، م. ر.، هاشمی­فرد، م. م.، "مقایسه روش­های برآورد مؤلفه پیچشی جنبش زمین با استفاده از داده­های شبکه شتاب­نگاری متراکم"، مجله ژئوفیزیک ایران، 1389،  4 (2)، 32-48.
[23]     Trifunac, M. D., "A Note on Rotational Components of Earthquake Motions on Ground Surface for Incident Body Waves", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 1982, 1 (1), 11-19.
[24]     Lee, V. W., Trifunac, M. D., "Rocking Strong Earthquake Accelerations", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 1987, 6 (2), 75-89.
[25]     Lee, V. W., Liang, L., "Rotational Components of Strong Motion Earthquakes", the 14th world Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, 2008.
[26]     Hong-Nan Li, Li-Ye Sun, Su-Yan Wang, "Improved Approach for Obtaining Rotational Components of Seismic Motion", Nuclear Engineering and Design, 2004, 232 (2), 131-137.
[27]     Abdel-Ghaffar, A. M., Rubin, L. I., "Torsional Earthquake Response of Suspension Bridges", ASCE, Journal of Engineering Mechanics, 1984, 110 (10), 1467-1484.
[28]     Gupta, V. K., Trifunac, M. D., "Investigation of Building Response to Translational and Excitations", Report No. CE 89-02. Department of Civil Engineering, University of Southern California, 1989.
[29]     Goel, R. K., Chopra, A. K., "Dual-level Approach for Seismic Design of Asymmetric-plan Buildings", ASCE, Journal of Structural Engineering, 1994, 120 (1), 161-179.
[30]     Awad, A. M., Humar, J. L., "Dynamic Response of Buildings to Ground Rotational Motion", Canadian Journal of Civil Engineering, 1984, 11 (1), 48-56.
[31]     Kalani Sarokolayi, L., Navayi Neya, B., Tavakoli, H. R., "Dynamic Analysis of Elevated Water Storage Tanks due to Ground Motions Rotational and Translational Components", Arabian Journal of Science and Engineering, 2014, 39 (6), 4391-4403.
[32]     Bustamante, J. I., Flores, A., "Water Pressure on Dams Subjected to Earthquake",ASCE, Journal, Engineering Mechanics, Division, 1966, 92, 115-127.
[33]     Mirzabozorg, H., Varmazyari, M., Ghaemian, M., "Dam-reservoir-Massed Foundation System and Travelling Wave along Reservoir Bottom", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2010, 30 (8), 746-756.
]34[    معظمی گودرزی، خ.، "لرزه­شناسی"، وزارت علوم و آموزش عالی، 1351.
[35]     Wilson, E. L., Khalvati, M., "Finite Elements for Dynamic Analysis of Fluid-Solid Systems", International Journal of Numerical Methodsin Engineering, 1983, 19 (11), 1657-1668.
[36]     El-Aidi, B., Hall, J., "Nonlinear Earthquake Response of Concrete Gravity Dams, Part 1: Modeling", Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1989, 18 (6), 837-851.
[37]     Bathe, K. J., "Finite Element Procedures", Prentice Hall, London, 1996.
[38]     Hinton, E., Rock, T., Zienkiewicz, O. C., "A Note on Mass Lumping and Related Processes in the Finite Element", Journal of Earthquake Engineering Structral Dynamics, 1976, 4 (3), 245-249.
]39[    نوائی­نیا، ب.، "تحلیل هیدرودینامیک سد و مخزن به روش لاگرانژی"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1369.
]40[    احمدی، م. ت.، نوائی­نیا، ب.، "تحلیل دینامیکی سد و مخزن به روش لاگرانژی"، مجله بین­المللی مهندسی (دانشگاه علم و صنعت)، 1374، (1) 6.
[41]     Merriam, J. L., Kraige, L. G., "Engineering Mechanics-Dynamics", Vol. (2), John Wiley & Sons, 2012.
[42]      Fenves, G., Chopra, A. K., "Reservoir Bottom Absorption Effects in Earthquake Response of Concrete Gravity Dams", ASCE Journal of Structural Engineering, 1975, 111 (3), 249-258.