بررسی تاثیر طول ترک بر فرکانس‌های طبیعی سدهای بتنی وزنی
پذیرفته شده برای پوستر ، صفحه 1-7 (7)
کد مقاله : 1131-ISAV2022 (R1)
نویسندگان
1گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران
2گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران
چکیده
سدهای بتنی وزنی، بخش مهمی از فراسازه‌های هر کشوری را تشکیل می‌دهند. بنابراین بررسی ایمنی این فراسازه‌ها تحت اثر مخاطرات موجود بسیار حائز اهمیت است. بسیاری از این سازه‌های بزرگ بتنی، قبل از بهربرداری و بعد از آن، به دلایل مختلف، دچار ترک‌خوردگی می‌شوند. از جمله این دلایل، می‌توان به نشست در پی سد، تغییرات ناهمگن دمای بدنه سد، انقباض بتن و زلزله‌های قبلی اشاره نمود. این ترک‌ها نه تنها منجر به کاهش سختی سازه می‌شوند، بلکه می‌توانند، رفتار کلی سازه را تحت اثر بارهای دینامیکی تغییر دهند و طراحی‌های لرزه‌ای سازه را با خطا روبرو نمایند. در پژوهش حاضر، سد بتنی وزنی پاین‌فلت در حالت بدون نقص، با استفاده از نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس مدل‌سازی شده است، سپس با استفاده از تحلیل مودال، ابتدا فرکانس‌های پنج مود اول سازه استخراج شده است و بعد از اعتبارسنجی مدل عددی، در گام دوم اثر ترک در حالات مختلف بر فرکانس‌های پنج مود اول و شکل مودها بررسی شده‌است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که وجود ترک باعث کاهش سختی و متعاقباً کاهش فرکانس‌های اصلی سازه می‌شود. همچنین از نتایج بدست آمده می‌توان نتیجه گرفت که نه تنها در تحلیل و طراحی سدهای بتنی تحت اثر بارهای دینامیکی بایستی اثر ترک لحاظ شود، بلکه در ارزیابی لرزه‌ای این سازه‌ها نیز در نظر گرفتن اثر ترک ضروری است.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Investigating the effect of crack length on the natural frequencies of gravity concrete dams
Authors
Hamid Reza Torabi, Mahdi Yazdani
Abstract
Gravity concrete dams are an important part of megastructures of any country, so it is very significant to evaluate the safety of these structures under the effect of existing hazards. Cracking is the most common damage in such structures due to different causes as settlement of dams' foundation, nonhomogeneous changes of temperature of the structure, concrete shrinkage and also previous earthquakes. Cracks not only cause a structure loss of rigidity, but also affect the general behavior of the structure under dynamic excitations. Above all, the seismic design may not be reliable. In this study at the first step, the Pine Flat dam has been modeled using Abaqus FEM package without considering the initial cracks. the first five frequency modes of the structure have been obtained using modal analysis and also the validation of numerical model has been performed. then, the effect of cracks in different locations on the first five frequency modes and the mode shapes have been assessed. Results indicate that the initial cracks reduce structural rigidity and subsequently causes the reduction of fundamental frequencies of the structure. Plus, it may be concluded that considering the effect of cracks in both analysis and design of gravity concrete dams under dynamic loads and seismic assessment of these structures is essential.
Keywords
Finite Element model, Gravity concrete dams, Modal Analysis, Cracked structures
مراجع
<p dir="LTR">1. Tarozzi M, Pignagnoli G, Benedetti A. Evaluation of the residual carrying capacity of a large-scale model bridge through frequency shifts. Journal of Civil Structural Health Monitoring. 2022:1-11.</p>
<p dir="LTR">2. Ma Y, Wu J, Qian D, Ren P, Li Y, Li H. Modal analysis of a beam with bilateral breathing oblique cracks. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2022:09544062221091751.</p>
<p dir="LTR">3. Liu C, Huang X, Zhao Y, Miao J. Vibration analysis of concrete T-beam at elevated temperatures based on modified finite element model. Journal of Building Engineering. 2022;52:104381.</p>
<p dir="LTR">4. Ostachowicz, W. and M. Krawczuk, Analysis of the effect of cracks on the natural frequencies of a cantilever beam. Journal of sound and vibration, 1991. 150(2): p. 191-201.</p>
<p dir="LTR">5. Dimarogonas, A.D., Vibration of cracked structures: a state of the art review. Engineering fracture mechanics, 1996. 55(5): p. 831-857.</p>
<p dir="LTR"> 6. Saavedra, P. and L. Cuitino, Crack detection and vibration behavior of cracked beams. Computers & Structures, 2001. 79(16): p. 1451-1459.</p>
<p dir="LTR">7. Zheng, D.Y. and N. Kessissoglou, Free vibration analysis of a cracked beam by finite element method. Journal of Sound and vibration, 2004. 273(3): p. 457-475.</p>
<p dir="LTR">8. Yoon, H.-I., I.-S. Son, and S.-J. Ahn, Free vibration analysis of Euler-Bernoulli beam with double cracks. Journal of mechanical science and technology, 2007. 21(3): p. 476-485.</p>
<p dir="LTR">9. Rezaee, M. and R. Hassannejad, Free vibration analysis of simply supported beam with breathing crack using perturbation method. Acta Mechanica Solida Sinica, 2010. 23(5): p. 459-470.</p>
<p dir="LTR">10. Shifrin, E. and R. Ruotolo, Natural frequencies of a beam with an arbitrary number of cracks. Journal of Sound and vibration, 1999. 222(3): p. 409-423.</p>
<p dir="LTR">11. Marefat, M., M. Yazdani, and M. Jafari, Seismic assessment of small to medium spans plain concrete arch bridges. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2019. 23(7): p. 894-915.</p>
<p dir="LTR">12. Abacqus Analysis User’s Manual. Version 2020.</p>
<p dir="LTR">13. Chavez, J.W. and G.L. Fenves, Earthquake analysis and response of concrete gravity dams including base sliding. 1993: Earthquake Engineering Research Center, University of California.</p>
<p dir="LTR"> 14. Fenves, G. and A.K. Chopra, EAGD-84: A computer program for earthquake analysis of concrete gravity dams. 1984: University of California, Earthquake Engineering Research Center.</p>
<p dir="LTR">15. Rea, D., C. Liaw, and A.K. Chopra, Dynamic properties of pine flat dam. 1972, California Univ Berkeley Earthquake Engineering Research Center.</p>