پوسته های استوانه ای از زمان های طولانی به عنوان مخازنی در ابعاد کوچک یا بزرگ جهت ذخیره سازی انواع مواد مانند نفت و مشتقات آن مورد استفاده قرار گرفته اند. نسبت شعاع به ضخامت این پوسته ها در رده هایی مانند 1000 و 2000 قرار می گیرد که بر این اساس این سازه های جدار نازک به علت فروریختگی در کمانش مورد توجه طراحان و آیین نامه ها قرار گرفته اند. در اینجا ناپایداری الاستوپلاستیک پوسته استوانه های در نزدیکی تکیه گاه تحت عنوان کمانش پافیلی مدنظر قرار گرفته است. این فرم از کمانش تحت فشار داخلی بالا به همراه فشار محوری رخ می دهد. در مقاله حاضر ابتدا کمانش پافیلی مورد بررسی قرار گرفته و سپس روش جدید مقاوم سازی پوسته های استوانه ای با استفاده از مصالح کمپوزیتی FRP ارائه شده است. بررسی ظرفیت نهایی مخازن در مقاومت کمانشی مخازن و افزایش آن در شرایط مختلف تا دو برابر می باشد. همچنین نتایج تغییرات ارتفاع و موقعیت FRP در روند مقاوم سازی بررسی شده و مطابقت آن با ارتفاع و موقعیت رخداد پافیلی به عنوان بهترین نتیجه ارائه گردیده است.
پوسته ها یکی از اجزاء ساختمانی و صنعتی هستند که در دنیای اطراف ما یافت می شوند. یکی از انواع این سازه ها که کاربرد فراوانی در پالایشگاه های نفتی دارد، مخازن فولادی می باشند که به صورت استوانه ای طراحی و اجرا می گردند. از دیدگاه هندسی این مخازن دارای ضخامت بسیار اندک در مقایسه با دو بعد دیگر بوده و به این ترتیب در زمره سازه های جدار نازک و شرایط مرتبط با آن قرار می گیرند. شکست کمانشی مخازن حاوی مایعات در شرایط و مدهای گوناگون امکان پذیر می باشد. یکی از مهمترین مدهای فروریختگی، کمانش ناشی از اثر بار مرکب در جداره مخزن می باشد. این کمانش، ناپایداری جداره پوسته استوانه ای است که تحت بارگذاری همزمان فشار محوری و فشار داخلی با مقادیر بالا رخ می دهد. موقعیت رخداد این ناپایداری معمولاً در ناحیه نزدیک تکیه گاه خواهد بود. تحقیق حاضر ثابت می کند افزایش فشار داخلی و تسلیم جداره نزدیک تکیه گاه موجب کاهش در سختی خمشی و تقویت جابجائی های موضعی در پوسته استوانه ای می شود. به عبارت دیگر در این فرآیند، تنش غشایی محیطی منتجه افزایش می یابد و کمانش الاستوپلاستیک رخ می دهد. این ناپایداری الاستوپلاستیک نزدیک تکیه گاه به عنوان کمانش پافیلی مشهور است. خرابی های رخداده ناشی از کمانش پافیلی سبب خارج از سرویس شدن مخازن، عدم امکان بهره برداری و تخلیه مایعات محتوی آنها می گردد. بنابراین با توجه به خروج از سرویس مخزن مفهوم مقاومت پس کمانشی مطرح نخواهد بود.
مصالح کمپوزیت FRP دارای ویژگی ها و خواص شامل مقاومت نسبت به دانستیه بالا و دوام بالا نسبت به مصالح سنتی می باشند. استفاده از FRP برای سطح بیرونی پوسته در بسیاری از موارد بعلت اجتناب از احتیاج به دسترسی به قسمت داخلی مخزن و خارج از سرویس نمودن سازه به طور ویژه می تواند مورد توجه قرار گیرد. اتصال FRP به پوسته همچنین آسان تر از جوشکاری است و به علاوه تنش پسماند و ناکاملی بر روی پوسته به جای نمی گذارد.
اثر مقاوم سازی با FRP در ظرفیت مخازن
برای بررسی اثرات مقاوم سازی با FRP روی مخازن استوانه ای هشت مخزن استوانه ای با شرایط هندسی یکسان، در شش نمونه با تغییرات حداکثر فشار هیدرواستاتیکی بین 0.2 تا 0.05 مگاپاسکال و دو نمونه بصورت صرفا فشار داخلی و صرفا نیروی محوری در شرایط با و بدون FRP مطابق جدول مدنظر قرار گرفت. ارتفاع FRP در این حالت بر اساس ارتفاع موج کمانش پافیلی 20 میلی متر و در موقعیت قرارگیری ابتدای نمونه از تکیه گاه مدلسازی شده است. بررسی ظرفیت نهایی مخازن مقاومسازی شده در فشارهای داخلی متفاوت نشانگر تاثیر مثبت FRP در ظرفیت مخزن می باشد. نیروی محوری حاصل شده به کمانش در فشار داخلی 0.05 مگاپاسکال در حالت با FRP نسبت به بدون آن نمایانگر رشد 14/12 % در ظرفیت مخزن است درحالیکه در فشار 0.2 مگاپاسکال این افزایش 37/102 % است. این موضوع با جزئیات بیش تر در جدول زیر آمده است. همچنین نمودارهای جابجایی قائم-نیروی محوری در طول تحلیل برای دو نمونه با فشار داخلی0.05 و 0.2 مگاپاسکال به عنوان نمونه در شکل های زیر ارائه شده است. همچنین فرم تغییر شکل کمانش دو نمونه در حالت با و بدون مقاوم سازی با مقیاس پنج برابر ارائه شده است. در این شکل ها نیز اثرات FRP در ناحیه تکیه گاهی کاملا مشهود است.
نمودار اندرکنش فشار داخلی – نیروی محوری مخزن در حالت با و بدون FRP در شکل زیر نشان داده شده است و به وضوح نشانگر تاثیر مثبت حضور FRP در روند مقاوم سازی مخزن در برابر کمانش پافیلی می باشد.
اثر موقعیت FRP در ظرفیت مخازن مقاوم سازی شده
نتایج تحلیل نمونه ها نشان می دهد قرارگیری FRP در ناحیه رخداد پافیلی در نزدیکی تکیه گاه بهترین نتیجه را در پی خواهد داشت.
اثر FRP در تغییر شکل شعاعی مخزن
مطابق نمودارهای زیر استفاده از FRP تغییرشکل شعاعی در ناحیه حداکثر کاملا حذف و با شدت بسیار پایین تر در ناحیه بالای FRP رخ داده است.
بدون دیدگاه