Dynamic analysis of multiple liquid-storage tanks

• Dynamische Analyse multipler flüssigkeitsgefüllter Tankbauwerke

Mykoniou, Konstantinos; Klinkel, Sven (Thesis advisor); Könke, Carsten (Thesis advisor)

Aachen : Lehrstuhl für Baustatik und Baudynamik (2015, 2016)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriftenreihe des Lehrstuhls für Baustatik und Baudynamik der RWTH Aachen 2015,04
Seite(n)/Artikel-Nr.: XVI, 164 S. : Ill., graph. Darst.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Kurzfassung

Die seismische Analyse flüssigkeitsgefüllter Tankbauwerke erfolgt üblicherweise ohne die Berücksichtigung von Effekten aus der dynamischen Interaktion mit benachbarten Tankbauwerken, obwohl diese beispielsweise in Tanklagern häufig eng nebeneinander in Gruppen angeordnet sind. In der vorliegenden Arbeit soll deshalb das dynamische Verhalten von Tankbauwerken unter Berücksichtigung der Gruppeninteraktionen untersucht werden. Dazu wird eine verfeinerte Substrukturtechnik im Frequenzbereich entwickelt, welche die Berücksichtigung der Interaktionseffekte entlang benachbarter flüssigkeitsgefüllter Tanks durch das tragende, verformbare Bodenmedium erlaubt. Die Tank-Flüssigkeitssysteme werden durch mechanische Modelle dargestellt, wobei diskrete Federn und Dämpfer den Boden unter den Fundamenten abbilden. Die den Modellen der Superstruktur zugeordneten Eigenschaften resultieren aus den Ergebnissen einer halb-analytischen Berechnungsmethode für die dynamische Analyse flüssigkeitsgefüllter, kreisförmiger, Zylinderschalen. Dabei werden sowohl die Kopplung der Schwingung der freien Fluidoberfläche und der Schalenschwingung als auch die Kompressibilität der Flüssigkeit berücksichtigt. Die Koeffizienten der dynamischen Impedanzfunktionen für die Fundamente werden mit Hilfe einer gekoppelten FEM-BEM Formulierung erlangt, welche die Lösung des Problems dreidimensionaler Wellenausbreitung im Bodenmedium in die Bewegungsgleichung der Oberflächenfundamente integriert.Mit Hilfe des vorgeschlagenen Modells wird die dynamische Antwort benachbarter Tanks für harmonische und seismische Bodenanregungen über eine große Bandbreite von Tankgeometrien und Bodenbedingungen ermittelt. Der Einfluss der Anzahl und der räumlichen Anordnung der Tanks sowie deren Abstand auf das Gesamtsystemverhalten wird untersucht. Die Ergebnisse deuten an, dass die Wechselwirkungseffekte die impulsiven Komponenten der Antwort jedes einzelnen Elementes in einer Tankanlage wesentlich verändern können. Der Grad dieser Auswirkung wird hauptsächlich von den Tankgeometrien sowie dem Abstand der dominanten Schwingungsfrequenzen der Schale-Flüssigkeit-Boden Systeme und der seismischen Bodenbewegung kontrolliert. Es zeigt sich, dass die Gruppeneffekte bei der Tankbemessung nicht a priori außer Betracht gelassen werden dürfen, sofern die Tanks nicht auf einem flachen Sediment gegründet, welches Felsgestein oder starres Material überlagert.Für die baupraktische Bemessung von Tankbauwerken wird aus den Erkenntnissen der Arbeit ein vereinfachter seismischer Nachweis zur Berechnung der hydrodynamischen Druckverteilungen auf starr gelagerte Tankschalen vorgeschlagen. Ebenfalls wird eine Berechnungshilfe für eine überschlägige Bewertung der Gruppeneffekte der allgemeinen, dynamischen Bauwerk-Boden-Bauwerk Interaktion hergeleitet.