Doğrusal olmayan analiz ile deprem yükleri altında taban izolatörlü LNG tankların davranışlarının karşılaştırılması

Abstract

Geçmiş depremlerde sıvı depolama tanklarında meydana gelen hasarlar; tankların sismik davranışının deneysel ve analitik olarak incelenmesini zorunlu kılmıştır. Bu çalışma, farklı tipteki taban izolatör sistemlerinin Sıvılaştırılmış Doğal Gaz depolama tanklarının sismik performansı üzerindeki etkisini araştırmaktadır. Sabit mesnetli ve üç farklı sismik yalıtımlı tankların zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizleri, Deprem Yer Hareketi-1’e (DD-1) göre ölçeklenen 7 farklı yer hareketinin ortalama ivmesi için gerçekleştirilmiştir. İzolatör tipi olarak yüksek sönümlemeli kauçuk, kurşun çekirdekli kauçuk ve sürtünmeli sarkaç sistemleri gözönüne alınmıştır. Bu izolatörler, deneysel verilere dayalı kuvvet-yer değiştirme ilişkilerine sahip doğrusal olmayan yaylar olarak modellenmiştir. LNG sıvısı, çelik tank, dış kabuk, betonarme çevre kirişi, çatı, temel betonu, alt ve yan duvar izolasyonlarının modelleme çalışmalarında ANSYS Workbench programı; LNG sıvısı, çelik tank ve temel betonunun lineer olmayan analizi için LS-DYNA programı kullanılmıştır. Sabit mesnetli ve üç farklı sismik yalıtımlı tankların toplam taban kesme kuvveti, çalkalanma yüksekliği, çelik tank gerilmeleri, çelik tank kabuk levhası yanal deformasyonu, çelik tank taban ve duvarın en üst noktasındaki deplasmanları, izolatör yatay kuvvet-yer değiştirmeleri ve izolatöre gelen düşey kuvvetler karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, sabit ve izolatörlü sistemlerde modlar arasında fark olmadığını göstermektedir. Sıvının dalga hareketinin yapının salınımından farklı hareket ettiği ve izolatörlerin çalkalanma hareketini etkilemediği sonucuna varılmıştır. Sismik yalıtımlı tankların taban kesme kuvvetleri ve çelik tank gerilmelerinin sabit mesnetlilere göre sırasıyla %50-70 ve %85-95 arasında azaldığı görülmüştür. Fakat çalkalanma yüksekliklerinde bir değişiklik söz konusu değildir. İzolatörlü sistemlerin 400mm’ye varan yatay deplasman hareketi ise tanka bağlanan mekanik techizat ve borular açısından tehlike arz etmektedir.

Damages in liquid storage tanks in past earthquakes; This necessitated the experimental and analytical investigation of the seismic behavior of the tanks. This study investigates the effect of different types of base isolator systems on the seismic performance of Liquefied Natural Gas storage tanks. Nonlinear time history analyses of fixed support and three different seismic isolated tanks were performed for the average acceleration of 7 different ground motions scaled according to Earthquake Ground Motion-1 (DD-1). High damping rubber, lead core rubber and friction pendulum systems are considered as insulator types. These insulators are modeled as nonlinear springs with force-displacement relationships based on experimental data. ANSYS Workbench program in modeling studies of LNG liquid, inner steel tank, outer shell, reinforced concrete ring beam, roof, foundation concrete, bottom and side wall insulations; LS-DYNA program was used for non-linear analysis of LNG liquid, inner steel tank and foundation concrete. Total bottom shear force, sloshing height, steel tank stresses, steel tank shell plate lateral deformation, steel tank bottom and wall displacements, insulator horizontal force-displacements, and vertical forces on the insulator of tanks with fixed support and three different seismic insulation were compared. The results show that there is no difference between modes in fixed and isolator systems. It was concluded that the wave motion of the liquid acts differently from the oscillation of the structure and does not affect the agitation motion of the insulators. It has been observed that the bottom shear forces and steel tank stresses of the seismic insulated tanks are reduced by 50-70% and 85- 95%, respectively, compared to the fixed supports. However, there is no change in agitation heights. Horizontal displacement of isolator systems up to 400mm poses a danger to the mechanical equipment and pipes connected to the tank.