Seismic analysis and strengthening of cylindrical steel storage water tanks

Abstract

Silindirik çelik sıvı tankları su, petrol ve endüstriyel kimyasallar gibi çeşitli sıvıları depolamak amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Sıvı depolama tankları birçok farklı konfigürasyona sahiptirler; ancak bu çalışmada, tasarım ve konstrüksiyondaki sadelikleri ve diğer konfigürasyonlarla karşılaştırıldığında hidrostatik ve hidrodinamik yüklere karşı dayanımlarından dolayı, yerden destekli silindirik sıvı çelik tanklar tercih edilmektedir. Bu tez, yerden destekli silindirik (dikey) çelik su depolama tanklarının sismik tasarımına odaklanmaktadır. Üç boyutlu sonlu elemanlar analizi için, ANSIS Workbench yazılımı ile üstü-açık, düz-kapalı, konik-kapalı ve üstü-kubbe şeklinde kapatılmış tank modelleri tasarlanmıştır. Sismik analiz, El-Centro ve Kobe deprem yükleri altında dört farklı kapak şekline sahip, üç farklı duvar kalınlığındaki tanklar ile gerçekleştirilerek, eksenel deformasyon, eşdeğer gerilme ve burkulma sonuçları sırasıyla hem impulsif hem de konvektif kütleler için sunulmuştur. Sonuçlar, eksenel deformasyonun, konik ve kubbeli tanklarda ciddi şekilde azaldığını göstermektedir. Öte yandan, düz kapatılmış tankların hiçbir avantajının olmadığı görülmüştür. Duvar kalınlığı arttırıldığında, düz kapalı tanklarda eksenel deformasyonun azalmadığı ve düz çatı üzerinde bu deformasyon ve burkulmanın meydana geldiği gözlemlenmiştir. Bu tezin önemli amaçlarından biri de, silindirik çelik sıvı depolama tanklarının güçlendirilmesidir. Gerilmeleri ve burkulmaları azaltmak için tanklara epoksi-karbon sarılmıştır. Sonlu elemanlar metodu kullanılarak epoksi-karbon ile sarılmış tanklarda eksenel deformasyonun azaldığı görülmüştür. 4 mm kalınlığındaki bir tankın 6 mm kalınlığındaki korunmamış bir tanktan daha iyi bir performansa sahip olabileceği vurgulanarak, epoksi-karbon tankların güçlendirilmesi için öneriler getirilmiştir. Son olarak, kısa deprem yükü altında gerçekleştirilen etki analizi ile, tank duvarlarında meydana gelen plastik deformasyonları görebilmek için 0,22 saniyelik El-Centro deprem kaydı, deplasman kaydı olarak kullanılmıştır. Bu analiz sonucunda depremlerde meydana gelmiş burkulma şekillerine benzer sonuçlar ortaya çıkarılmıştır.