بررسی الگوی آسیب در سدهای بتنی وزنی تحت اثر زلزله های میدان دور و نزدیک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، واحد رودهن، دانشگاه آزاد اسلامی، رودهن، ایران

چکیده

بررسی ایمنی سدهای بتنی وزنی به خصوص در شرایط بارگذاری شدید همانند زمین لرزه در مقیاسMCL همواره موجب نگرانی عمده بوده و بررسی رفتار غیرخطی این سازه ها با احتساب اندرکنشهای مختلف با آب و پی نیازمند مطالعات بیشتری است. ماهیت و نحوه اعمال نیرو در رکوردهای میدان دور و نزدیک زلزله بر سازه ها متفاوت است. در این مقاله، دو رکورد میدان نزدیک و دو رکورد میدان دور برای تحلیلها انتخاب شده اند. دو رکورد میدان دور انتخاب شده بر اساس حداکثر شتاب افقی به رکورد میدان نزدیک متناظر مقیاس شده اند. سد کوینا به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده است. برای بدست آوردن طول ترک با استفاده از تحلیل استاتیکی ابتدا یک طولی برای ترک در پاشنه سد فرض شده و افزایش طول ترک تا جایی در نظر گرفته می شود که تنش کششی انتهای ترک از تنش کششی مجاز بتن مصرفی کمتر شود. برای المان بندی بدنه سد با استفاده از نرم افزار ANSYS از المان هشت گرهی PLAN183 استفاده شده است آنالیز دینامیکی غیرخطی در حال حاضر ابزاری برای بررسی ایمنی لرزه های سدهای بتنی وزنی می باشد که در این مقاله تحلیل دینامیکی خطی و غیرخطی تحت اثر پنج زلزله مختلف با PGA و محتوای فرکانسی متفاوت انجام شده و اندرکنش دینامیکی سد و دریاچه با روش جرم افزوده مدل شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Investigation of Damage Pattern on Concrete Gravity Dams under Earthquake Near and Far Field

نویسندگان [English]

  • Babak Aminnejad
  • Ahmad Reza Rahimi
Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Roudehen Branch, Islamic Azad University, Roudehen, Iran
چکیده [English]

To evaluate the safety of concrete gravity dams, especially in severe loading conditions such as the earthquake in MCL-scale has caused major concern and investigation of the non-linear behavior of these structures, taking into account the various interactions with water and foundation that needs further research. Nature and forcing records of far and near field of an earthquake are different on structures. In this thesis, first, has been investigated the different criteria for the classification of far and near field of an earthquakes and then two near-field records and two far-field records were selected for analysis. Two far-field records on the basis of the maximum horizontal acceleration of corresponding near-field records are scaled. Koyna dam has been chosen as a case study. And to obtain crack length by using static analysis, first assumed longitudinal cracks in the dam heel and is considered increases the crack length to the extent that tensile stress at the end of the crack is less than from permissible tensile stress in concrete. For elements of dam using ANSYS software from PLANE 183 eight-node elements and nonlinear dynamic analysis that is a tool to check the seismic safety of concrete gravity dams. In this thesis linear and nonlinear dynamic analysis have been done under five different earth quake with PGA and different frequency content and the dynamic interaction between the dam and the lake that has been modeled with added mass. After performing dynamic analysis on Koyna, cracked dam, before and after cracking have completely different results. In cracked case the value of shift is less than the un cracked case.
The main tensile stress at the end of the crack is more than n cracked case. According to what is shown on analysis, in addition to the PGA, earthquake frequency content is effective in the destructive power of earthquakes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete gravity dam
  • Koyna Dam
  • Far Field and Near Field Earthquake
  • ANSYS Software

1-Westergaad,H.M."Water pressure on dams during eartuquakes." Transaction, American society of civil Engineers,VOL 98,1933.

2- Rashid,y.R." Analysis of prestressed concrete reactor vessels. Nuclear Energy Design.7:334-344;1968.

3- Owen ,D.R.Jand Fawkes, A.J."Engineering Fracture mechanics: Numerical methods and

Application". pine ridge press  ltd. Swansee.U.K.1983.

4- Gylltoft,k."A fracture mechanics model for fatigue in concrete. "Materials &Construction,17,55-58,1984.

5- United States Committee of large dams(USIcold)."Bibilography on performance of dams durng earthquake ". Committee on  earthquake. 1984.

6- Raphael,J.M. "Tensile strength of concrete ".Journal of the American concrete Institute,Title No 81-17,81(2),158-165.1984.

7- Mlakar,P.F."Non-leaner response of concrete gravity dams to strong earthquake induct ground motion". Computer & structure,165-175,1987.

8- Pekau, O.A., Lingmin,F., Chuhan.Z., (1995) , “Seismic fracture of koyna dam: case study,” Earthquake Engineering, Structural Dynamics, 24, pp 15-33.

9- Ghaemian, M., Ghobarah,A. , (1998) , “Staggered solution schemes for dam-reservoir interaction,” Journal Of Fluids and Structures 12, pp 933-948.

10- Yusuf Calayir , Muhammet  Karaton , (2005) , “A Continuum Damage Concrete Model For Earthquake Analysis Of Concrete Gravity Dam–Rreservoir Systems ,” Soil Dynamics and Earthquake Engineering 25pp 857–869.

11-Tinawi, R., Ghrib, F., "An Anisotropic Damage Model for the Response of Concrete Gravity Dams", Dam Fracture and Damage, Bourdarot, Mazars, Sauma (eds.), Balkema,1994.

12-Mirzabozorg ,G., "Damage Mechanics Approach in Seismic Analysis of Concrete Gravity Dams Including Dam- Reservoir Interaction", European Earthquake Engineering 3, 2004.

13-Maniatakis, Ch. A., Taflampas, I. M., Spyrakos, C. C., "Identification of Near- Faul Earthquake Record Characteristics", 14 World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, 12-17 October,2008.

14-Faria, R., Oliver, J., Cevera, M., "A Strainbased Plastic Viscose Damage Model for Massive Concrete Structures”, Internationa Journal of Solids and Structures, 1998, 35(14), 1533-1558.

15-Lee, J., Fenves, G., L, "A Plastic-damage Concrete Model for Earthquake Analysis of Dams", Earthquake Engineering and  Structural Dynamics, 1998, 27, 937-965. 

16-Huang, J., "Seismic Response Evaluation of Concrete Gravity Dams Subjected to Spatially Varying Earthquake Ground Motions", PhD Thesis, Drexel University, 2011.

17-Naeim, F., "The Seismic Design Handbook",2 Edition, Kluwer Academic Publishers,2001

18- Concrete dams-control and treatment of cracks.ICOLD.Bulletin107,1997.

19-Calayir, Y, Karaton, M., "A Continuum Damage Concrete Model for EarthquakeAnalysis of Concrete Gravity Dam Rreservoir Systems", Soil Dynamicsand Earthquake Engineering, 2005, 25, 857-869.

20- میرزا بزرگ، حسن (1382). تحلیل غیرخطی لرزه ای سه بعدی سدهای بتنی با در نظر گرفتن اثر اندرکنش سد-دریاچه. پایان نامه دکترای مهندسی سازه. دانشگاه صنعتی شریف

21- مراد لو، جواد(1385). تحلیل دینامیکی غیر خطی سدهای بتنی قوسی در محدوده تغییر مکانهای بزرگ. رساله دکترای مهندسی. دانشگاه تربیت مدرس تهران

22- میر جلیلی، سید محمد(1382). تاثیر خواص مصالح بر خرابی لرزه ای سدهای بتنی وزنی. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه تربیت مدرس تهران.

23- قائم مقامیان و جلیلی (1385). تاثیر گسل، بزرگای زلزله و اثر فاصله برای گسل ناهمگن بر حرکات توانمند زمین در حوزه نزدیک گسل. پژوهشنامه زلزله شناسی و مهندسی زلزله.

24- جواد حاجی حسینی و جواد مرادلو(1390). پایداری سدهای بتنی وزنی تحت اثر زلزله. کنگره ملی مهندسی عمران. دانشگاه سمنان.