Phân tích ứng xử của hệ bể chứa chất lỏng dưới tải trọng động đất có xét đến biến dạng nền bằng phần tử vĩ mô

Bài viết Phân tích ứng xử của hệ bể chứa chất lỏng dưới tải trọng động đất có xét đến biến dạng nền bằng phần tử vĩ mô trình bày cải tiến mô hình phân tích hệ bể chứa-chất lỏng dạng thông số tập trung của tiêu chuẩn API 650 dưới tải trọng động đất bằng cách xét đến tương tác kết cấu-đất nền (SSI) giúp ứng xử của hệ gần với thực tế.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích ứng xử của hệ bể chứa chất lỏng dưới tải trọng động đất có xét đến biến dạng nền bằng phần tử vĩ mô Transport and Communications Science Journal, Vol 75, Issue 8 (10/2022), 823-834 Transport and Communications Science Journal SEISMIC ANALYSIS OF LIQUID-STORAGE TANK CONSIDERING SOIL-STRUCTURE INTERACTION WITH MACRO ELEMENT Huynh Van Quan*, Pham Ngoc Bay University of Transport and Communications, No 3 Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 08/02/2022 Revised: 22/03/2022 Accepted: 19/04/2022 Published online: 15/10/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.73.8.7 * Corresponding author Email: quanhv_ph@utc.edu.vn; Tel: +84986503205 Abstract. Under earthquake ground shaking, the soil which supports the foundation will be deformed in order to comprise non-linearities of foundation and soil system: the uplift as the footing may get detached from the soil and/or soil yielding in the vicinity of the footing. This paper improves the lumped parameter model of the API 650 specification by considering soil-structure interaction (SSI). In the proposed model, the entire foundation-soil system is replaced by a single element called a macro element, which would help with huge reductions in computational cost. Seismic analysis of the liquid-storage tank system considering SSI is carried out with ground earthquake of El-Centro (1940) and intensities of TCVN 9386:2012 specification. This paper results help to observe the responses progressing over time and greater than 10% errors; on the other hand, this approach may help considerably in showing the influence of SSI. Keywords: liquid-storage tank, macro element, seismic loading, soil-structure interaction, Newmark’s method.  2022 University of Transport and Communications 823 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 75, Số 8 (10/2022), 823-834 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỆ BỂ CHỨA-CHẤT LỎNG DƯỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN BIẾN DẠNG NỀN BẰNG PHẦN TỬ VĨ MÔ Huỳnh Văn Quân*, Phạm Ngọc Bảy Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO CHUYÊN MỤC: Công trình khoa học Ngày nhận bài: 08/02/2022 Ngày nhận bài sửa: 22/03/2022 Ngày chấp nhận đăng: 21/04/2022 Ngày xuất bản Online: 15/10/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.73.8.7 * Tác giả liên hệ Email: quanhv_ph@utc.edu.vn; Tel: +84986503205 Tóm tắt. Dưới tác dụng lặp của tải trọng động đất, phần đất nền xung quanh móng sẽ biến dạng, có thể làm móng tách khỏi mặt tiếp xúc với nền đất (phi tuyến hình học) và/hoặc tính chất của đất thay đổi dẫn đến xuất hiện phi tuyến vật liệu. Bài báo cải tiến mô hình phân tích hệ bể chứa-chất lỏng dạng thông số tập trung của tiêu chuẩn API 650 dưới tải trọng động đất bằng cách xét đến tương tác kết cấu-đất nền (SSI) giúp ứng xử của hệ gần với thực tế. Trong đó, hệ móng-đất nền được thay bằng một mô hình tiên tiến là phần tử vĩ mô (macro element) nên bài toán được đơn giản hóa nhưng vẫn đảm bảo tính chính xác. Mô hình đề xuất gồm chất lỏng, bể chứa, móng và đất nền sẽ được phân tích dưới tải trọng động đất El-Centro (1940) với gia tốc đỉnh tra theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012. Kết quả phân tích được biểu diễn theo thời gian giúp quan sát diễn tiến của phản ứng so với chỉ thu được giá trị cực đại của tiêu chuẩn API 650 và độ lệch các giá trị phản ứng cực đại giữa hai phương pháp đều lớn hơn 10% đã phần nào thể hiện ảnh hưởng của việc xét đến SSI. Từ khóa: bể chứa-chất lỏng, phần tử vĩ mô, tải trọng động, tương tác kết cấu-đất nền, phương pháp Newmark.  2022 Trường Đại học Giao thông vận tải 824 Transport and Communications Science Journal, Vol 75, Issue 8 (10/2022), 823-834 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Do đặc thù vận chuyển nên các bể chứa chất lỏng (bể) như xăng dầu, hóa chất, … thường được đặt trong các cảng biển ven bờ hoặc trong các khu chế xuất với xung quanh là các công trình quan trọng. Bất kỳ sự cố nào cũng gây ra tác hại lớn đến môi trường và thiệt hại về kinh tế. Dưới tác dụng của tải trọng động đất, chất lỏng cùng với tường bể sẽ chuyển động, làm phát sinh lực động và gây ra các hư hỏng tại chân bể, đỉnh bể hoặc phá hoại hoàn toàn [1-3]. Nghiên cứu ứng xử động giữa chất lỏng và thành bể dưới dạng thông số tập trung đã được nhiều tác giả thực hiện [4-9]. Kết quả nghiên cứu được tổng kết và đưa vào quy trình tính toán giản đơn của của tiêu chuẩn quốc gia Mỹ-API 650 [1]. Tiêu chuẩn này được [10] đề xuất áp dụng trong điều kiện Việt Nam theo phổ phản ứng đàn hồi TCVN 9386:2012. Tuy nhiên, các mô hình này chưa xét đến biến dạng nền nên liên kết giữa bể chứa và nền đất có dạng như Hình 1(a, b). (a) gắn cứng với nền [1] (b) cô lập với gối đàn hồi [4] (c) nền ứng xử tuyến tính (d) nền ứng xử phi tuyến Hình 1. Các mô hình liên kết bể chứa với nền đất. Theo quan điểm của các kỹ sư kết cấu, bằng các giải pháp thiết kế, móng được chôn vào nền đất nên độ cứng hệ móng-đất nền rất lớn; trong khi kết cấu có độ cứng rất bé nên được xem như một lá mỏng như hình 2(a). Theo quan điểm của các kỹ sư địa kỹ thuật, kết cấu được chủ động chế tạo để đủ khả năng chịu lực nên có độ cứng rất lớn trong khi móng đặt trên nền đất nên được xem như một gối mềm như hình 2(b). Với quan điểm kết cấu được xem như lá mỏng 825 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 75, Số 8 (10/2022), 823-834 hoặc nền móng như gối mềm, các kỹ sư đã chú tâm đến độ cứng từng bộ phận công ...