شبیه‌سازی سه‌بعدی اجزای محدود لوله‌های مدفون در برابر حرکات گسل معکوس

نوع مقاله : Articles

نویسندگان

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در مطالعات مهندسی مرسوم، برای شبیه‌سازی رفتار لوله در برابر حرکات گسل از الگوی عددی ساده‌شده تیر- فنر استفاده می‌شود. از طرف دیگر به دلیل سهولت شبیه‌سازی‌، بیشتر شبیه‌سازی‌ها متمرکز بر روی گسل‌های‌ امتدادلغز بوده است. در مطالعه حاضر، از نمونه اجزای محدود سه‌بعدی و در قالب محیط پیوسته جهت شبیه‌سازی رفتار لوله‌های مدفون در برابر حرکات گسل معکوس استفاده شده است. جهت انطباق هر چه بهتر شبیه‌سازی با ویژگی‌های رفتاری لوله و خاک از عناصر پوسته‌ای1 و عناصر حجمی2 به ترتیب برای شبیه‌سازی لوله و خاک استفاده شده است. همچنین با در نظر گرفتن الگوی رفتاری کشسان – خمیری برای لوله و خاک، رفتار غیرخطی مصالح آن‌ها شبیه‌سازی شده است. در این مقاله، ضمن نقد و بررسی روش مرسوم تیر- فنر، اثر نسبت قطر به ضخامت لوله، زاویه شیب گسل و زاویه اتساع خاک بر پاسخ لوله مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که روش تیر- فنر مرسوم تنها در جابه‌جایی‌های کوچک گسل پاسخ‌های منطقی می‌دهد. افزایش نسبت قطر به ضخامت لوله، کاهش زاویه شیب گسل و افزایش زاویه اتساع خاک سبب افزایش مقادیر کرنش‌های فشاری ایجادشده در لوله می‌شود. همچنین، نتایج نشان داد که مقادیر کرنش‌های ایجاد شده در لوله با الگوی تغییر شکل لوله رابطه دارد.

کلیدواژه‌ها


  1. Moradi, M., Rojhani, M., Galandarzadeh, A. and Takada, S. (2013) Centrifuge modeling of buried continuous pipelines subjected to normal faulting. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 12, 155-164.
  2. O'Rourke, M. J. and Liu, X. (1999) Response of Buried Pipelines Subject to Earthquake Effects. Monograph Series, Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research (MCEER), University at Buffalo, Buffalo, NY 14261.
  3. Choo, Y.W., Abdoun, T.H., O’Rourke, M.J., and Ha, D. (2007) Remediation for buried pipeline systems under permanent ground deformation. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 27(12), 1043-10554.
  4. Moradi, M., Galandarzadeh, A Rojhani, M. and Takada, S. (2010) Centrifuge modeling of buried pipelines subjected to faulting. 4th International Conference on Geotechnical Engineering and Soil Mechanics, Tehran (in Persian).
  5. Vazouras, P., Karamanos, S.A. and Dakoulas, P. (2010) Finite element analysis of buried steel pipelines under strike-slip fault displacements. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 30(11), 1361-1376.
  6. Vazouras, P., Karamanos, S.A. and Dakoulas, P. (2012) Mechanical behavior of buried steel pipes crossing active strike-slip faults. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 41,164-180.
  7. Trifonov, O.V. (2014) Numerical Stress-Strain Analysis of Buried Steel Pipelines Crossing Active Strike-Slip Faults with an Emphasis on Fault Modeling Aspects. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 6(1).
  8. Newmark, N.M. and Hall, W.J. (1975) Pipeline Design to Resist Large Fault Displacement, Proceedings of U.S. National Conference on Earthquake Engineering.
  9. Kennedy, R., Chow, A., and Williamson, R. (1977) Fault Movement Effects on Buried Oil Pipeline. Transportation Engineering Journal of ASCE, 103, 617-633.
  10. Wang, L.R.L. and Yeh, Y.H. (1985) A refined seismic analysis and design of buried pipeline for fault movement. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 13(1), 75-96.
  11. Karamitros, D.K., Bouckovalas, G.D., and Kouretzis, G.P. (2007) Stress analysis of buried steel pipelines at strike-slip fault crossings. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 27, 200-211.12.
  12. O'Rourke, M., Gadicherla, V., and Abdoun, T. (2005) Centrifuge modeling of PGD response of buried pipe. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 4(1), 69-73.
  13. Ha, D., Abdoun, T.H., O’Rourke, M.J., Symans, M.D., O’Rourke, T.D., Palmer, M.C., and Stewart, H.E. (2008) Centrifuge modeling of earthquake effects on buried high-density polyethylene (HDPE) pipelines crossing fault zones. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 134(10), 1501-1515.
  14. Abdoun, T. and Dobry, R. (2002) Evaluation of pile foundation response to lateral spreading. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 22(9-12), 1051-1058.
  15. Ha, D., Abdoun, T.H, O’Rourke, M.J., Symans, M.D., O’Rourke, T.D., Palmer, M.C., and Stewart, H.E. (2008) Buried high-density polyethylene pipelines subjected to normal and strike-slip faulting—a centrifuge investigation. Canadian Geotechnical Journal, 45(12), 1733-1742.
  16. Ariman, T. and Lee. B. (1989) On beam mode of buckling of buried pipelines. Proceedings of the 2nd US–Japan Workshop on Liquefaction, Large Ground Deformation and Their Effects on Lifelines, Buffalo, NY
  17. Meyersohn, W.D. (1991) Analytical and Design Considerations for the Seismic Response of Buried Piplines. Cornell University.
  18. Takada, S., Hassani, N., and Fukuda, K. (2001) A new proposal for simplified design of buried steel pipes crossing active faults. Earthquake Engineering & Structural Dynamics. 30(8), 1243-1257.
  19. Jalali, H.H., Rofooei, F.R. Attari, N.K. and Samadian, M. (2016) Experimental and finite element study of the reverse faulting effects on buried continuous steel gas pipelines. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 86, 1-14.
  20. Rojhani, M, Moradi, M, Galandarzadeh, A, Takada, S. (2012) Centrifuge modeling of buried continuous pipelines subjected to reverse faulting. Canadian Geotechnical Journal, 49(6), 659-670.
  21. Joshi, S., Prashant, A., Deb, A. and Jain, S.K. (2011) Analysis of buried pipelines subjected to reverse fault motion. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 31(7), 930-940.
  22. Dassault Systemes Simulia Corp. (2012) Abaqus 6.12 User's Manual. Providence, USA.
  23. Sadrnejad, S.A. (Ed.) (2011) Soil Plasticity and Modeling. K.N. TOOSI University of Technology, Tehran (in Persian).
  24. ALA: American Lifelines Alliance (2001) Guidelines for the Design of Buried Steel Pipe. ASCE, New York, USA
  25. Xie, X., Symans, M.D., O'Rourke, M.J., Abdoun, T.H., O'Rourke, T.D., Palmer, M.C. (2013) Numerical modeling of buried HDPE pipelines subjected to normal faulting: a case study. Earthquake Spectra, 29, 609-632
  26. ASCE: American Society of Civil Engineers (1984) Guidelines for the Seismic Design of Oil and Gas Pipeline Systems. Committee on Gas and Liquid Fuel Lifeline. ASCE, New York, USA.