تطوير الهشاشة الزلزالية للبرج الخلوي ذو الشبكة الفولاذية للمحطة الأساسية

يعد تحليل الهشاشة الزلزالية جانبًا مهمًا لضمان المرونة الهيكلية للأبراج الخلوية ذات الشبكة الفولاذية للمحطة الأساسية. تعتبر هذه الأبراج ضرورية للحفاظ على الاتصال أثناء وبعد الأحداث الزلزالية. يتضمن هذا التحليل الشامل فهم السلوك الزلزالي, إجراء النمذجة الهيكلية, وتطوير منحنيات الهشاشة التي تحدد احتمالية الوصول إلى حالات الضرر المختلفة أو تجاوزها في ظل مستويات مختلفة من الشدة الزلزالية.

برج الخلوية شعرية الصلب

معلمات المنتج للبرج الخلوي ذو الشبكة الفولاذية للمحطة الأساسية

1. التصميم

• كود التصميم: كانت / هي-222-G / F

2. الهيكل الصلب

يمكن بناء البرج باستخدام الفولاذ الطري أو الفولاذ عالي الشد, مطابقة للمعايير الدولية المختلفة:

• الفولاذ الطري:
  • المعيار الصيني: GB / T 700: Q235B, Q235C, Q235D
  • المقياس الأمريكي: ASTM A36
  • أوروبى، ستاندارد: EN10025: S235JR, S235J0, S235J2
• الصلب الشد العالية:
  • المعيار الصيني: GB / T 1591: Q345B, Q345C, Q345D
  • المقياس الأمريكي: ASTM A572 Gr50
  • أوروبى، ستاندارد: EN10025: S355JR, S355J0, S355J2

3. تصميم سرعة الرياح

• أقصى سرعة للرياح: يصل إلى 250 كم / ساعة

4. الانحراف المسموح به

• نطاق الانحراف: 0.5 إلى 1.0 درجة في السرعة التشغيلية

5. الخواص الميكانيكية

• قوة الشد (ميغاباسكال):
  • الفولاذ الطري: 360 إلى 510
  • الصلب الشد العالية: 470 إلى 630
• قوة العائد (ر ≥ 16 ملم) (ميغاباسكال):
  • الفولاذ الطري: 235
  • الصلب الشد العالية: 355
• استطالة (%):
  • الفولاذ الطري: 20
  • الصلب الشد العالية: 24
• قوة التأثير كيلو فولت (J):
  • الفولاذ الطري:
    • 27 (20° C) - س235ب (S235JR)
    • 27 (0° C) — س235ج (S235J0)
    • 27 (-20° C) - س 235 د (S235J2)
  • الصلب الشد العالية:
    • 27 (20° C) - س345ب (S355JR)
    • 27 (0° C) — س345ج (S355J0)
    • 27 (-20° C) — Q345D (S355J2)

6. البراغي & جوز

• درجة: 4.8, 6.8, 8.8
• معايير الخواص الميكانيكية:
  • البراغي: ISO 898-1
  • جوز: ISO 898-2
  • غسالات: ISO 6507-1
• معايير الأبعاد:
  • البراغي: من 7990, من 931, من 933
  • جوز: ISO 4032, ISO 4034
  • غسالات: من 7989, DIN 127B, ISO 7091

7. لحام

• طريقة: لحام القوس المحمي بثاني أكسيد الكربون & لحام القوس المغمور (منشار)
• اساسي: AWS D1.1

8. العلامات

• طريقة تمييز الأعضاء: الهيدروليكية الصحافة ختم

9. الجلفنة

• معيار الجلفنة لمقاطع الصلب: ISO 1461 أو ASTM A123
• معيار الجلفنة للبراغي والصواميل: ISO 1461 أو ASTM A153

10. اختبارات

• اختبارات المصنع:
  • اختبار الشد
  • تحليل العناصر
  • اختبار شاربي (اختبار التأثير)
  • الباردة الانحناء
  • اختبار بريس
  • اختبار المطرقة

 

تضمن هذه المعلمات أن البرج يلبي المعايير الصارمة للسلامة الهيكلية, متانة, والأداء في ظل الظروف البيئية المختلفة. وذلك بالالتزام بهذه المواصفات, تم تصميم البرج ليتحمل سرعات الرياح العالية والأحمال الزلزالية, توفير دعم موثوق للبنية التحتية للاتصالات.

1. مقدمة لتحليل الهشاشة الزلزالية

يقوم تحليل الهشاشة الزلزالية بتقييم احتمالية وصول الهيكل إلى حالات الضرر المحددة أو تجاوزها في ظل مستويات مختلفة من الشدة الزلزالية. لبرج خلوي شبكي من الصلب للمحطة الأساسية, وهذا ينطوي:

• تحديد حالات الضرر المحتملة.
• إجراء تحليل المخاطر الزلزالية.
• نمذجة الاستجابة الزلزالية للبرج.
• تطوير منحنيات الهشاشة بناء على التحليل الاحتمالي لاستجابة البرج للأحمال الزلزالية.

2. تحليل المخاطر الزلزالية

يتضمن تحليل المخاطر الزلزالية تحديد مقاييس الشدة الزلزالية (الرسائل الفورية) ذات الصلة بموقع البرج. تشمل الخطوات الرئيسية:

• المنطقة الزلزالية: تحديد المنطقة الزلزالية والحصول على البيانات الزلزالية ذات الصلة مثل ذروة التسارع الأرضي (بي جي ايه), التسارع الطيفي (على), وسجلات الحركة الأرضية.
• فترات العودة: تحديد فترات العودة (مثلا, 50, 100, 475, 2475 سنوات) لتقييم مستويات مختلفة من المخاطر الزلزالية.
• التحليل الخاص بالموقع: إجراء تحليل المخاطر الزلزالية الخاصة بالموقع إذا كان البرج يقع في منطقة ذات جيولوجيا معقدة.
• 

3. تعريف حالات الضرر

تمثل حالات الضرر مستويات مختلفة من الضرر الهيكلي. لبرج الخلوية شعرية الصلب, قد تتضمن حالات الضرر النموذجية:

• ضرر طفيف (DS1): تشوهات طفيفة ولا توجد أضرار هيكلية كبيرة.
• أضرار معتدلة (DS2): تشوهات ملحوظة, إنتاجية طفيفة من الأعضاء, وبعض الأضرار الاتصال.
• أضرار واسعة النطاق (DS3): تشوهات كبيرة, إنتاج أعضاء متعددة, وتلف التوصيلات الرئيسية.
• ينهار (DS4): الفشل الهيكلي الكامل أو الانهيار.

4. النمذجة الهيكلية وتحليل الاستجابة الزلزالية

4.1 3د النمذجة الهيكلية

إنشاء نموذج تفصيلي ثلاثي الأبعاد للبرج الخلوي باستخدام تحليل العناصر المحدودة (الهيئة الاتحادية للبيئة) برامج مثل SAP2000, أنسيس, أو OpenSees. يجب أن يتضمن النموذج:

• الأعضاء الهيكلية: أعضاء شعرية, تستعد, والاتصالات.
• المؤسسة: نمذجة الأساس لمراعاة التفاعل بين بنية التربة.
• التوزيع الشامل: تمثيل دقيق للتوزيع الشامل, بما في ذلك الهوائيات والمعدات.

4.2 التحميل الزلزالي

يتضمن تطبيق الأحمال الزلزالية على النموذج:

• سجلات الحركة الأرضية: استخدام سجلات الحركة الأرضية الحقيقية أو الاصطناعية التي تمثل الخطر الزلزالي في الموقع.
• تحليل التاريخ والوقت: إجراء تحليل تاريخي غير خطي لالتقاط الاستجابة الديناميكية للبرج.
• تحليل طيف الاستجابة: إجراء تحليل طيف الاستجابة للمقارنة والتحقق من الصحة.

4.3 التحليل غير الخطي

يعد التحليل غير الخطي ضروريًا لالتقاط السلوك غير المرن للبرج تحت التحميل الزلزالي. هذا ينطوي على:

• عدم الخطية المادية: نمذجة العائد والسلوك ما بعد الإنتاج لأعضاء الصلب.
• اللاخطية الهندسية: مع الأخذ في الاعتبار التشوهات الكبيرة وتأثيرات P-Delta.
• سلوك الاتصال: النمذجة الدقيقة لصلابة الاتصال وقوته.

5. تطوير منحنى الهشاشة

تم تطوير منحنيات الهشاشة من خلال التحليل الإحصائي لاستجابة البرج للأحمال الزلزالية. وتشمل الخطوات:

5.1 معلمات الطلب الزلزالي

تحديد معلمات الطلب الزلزالي (مثلا, الحد الأقصى للانجراف بين القصص, القص الأساسي) التي ترتبط مع حالات الضرر.

5.2 نماذج الطلب الزلزالي الاحتمالية (PSDMs)

تطوير نماذج PSDM التي تربط معلمات الطلب الزلزالي بمقاييس الشدة الزلزالية (الرسائل الفورية). يمكن القيام بذلك باستخدام تحليل الانحدار على نتائج تحليلات التاريخ الزمني غير الخطية.

5.3 مصفوفات احتمالية الضرر

بناء مصفوفات احتمالية الضرر التي توفر احتمالية الوصول إلى كل حالة ضرر أو تجاوزها لمستويات معينة من الشدة الزلزالية.

5.4 صياغة وظيفة الهشاشة

ملاءمة وظائف الهشاشة لبيانات احتمالية الضرر. غالبًا ما يتم التعبير عن دالة الهشاشة كدالة توزيع تراكمي لوغاريتمي طبيعي (سي دي إف):

[≥∣]= ف(ln⁡()−ln⁡())P[دS≥دالصورة∣أنام]=فاي(بدالصورة​لن(أنام)-لن(أنامدالصورة​)​)

أين:

• $P[دS\ge دالصورة\mid أنام]$ = احتمال الوصول إلى حالة الضرر أو تجاوزها $دالصورة$ نظرا لقياس الشدة $أنام$.
• $فاي$ = دالة التوزيع التراكمي العادية القياسية.
• أنامدالصورة​ = القيمة المتوسطة لقياس الشدة الذي يسبب حالة الضرر $دالصورة$.
• بدالصورة​ = الانحراف المعياري اللوغاريتمي الذي يمثل عدم اليقين في حالة الضرر في IM $دالصورة$.

 

 

6. دراسة حالة: تحليل الهشاشة الزلزالية للبرج الخلوي الشبكي الفولاذي للمحطة الأساسية

لتوضيح تطور الهشاشة الزلزالية, نقدم دراسة حالة لبرج خلوي شبكي فولاذي يقع في منطقة نشطة زلزاليا.

6.1 وصف البرج

• ارتفاع: 40 متر
• ترتيب: برج شبكي بأربعة أرجل ودعامة متقاطعة
• موقعك: Urban area in a seismic zone with high seismic activity

6.2 Seismic Hazard Data

• Seismic Zone: Zone IV (high seismicity)
• Design Spectra: Based on the local building code
• سجلات الحركة الأرضية: Selected from a database to match the seismic hazard at the site

6.3 Structural Modeling

A detailed 3D finite element model is created using OpenSees, incorporating the following elements:

• الأعضاء الهيكلية: Steel legs, horizontal and diagonal bracing members
• Connections: Bolted/welded connections modeled with appropriate stiffness and strength characteristics
• المؤسسة: Modeled as fixed supports for simplicity, with a note that a more detailed soil-structure interaction model could be used

6.4 Seismic Loading and Analysis

Ground Motion Selection:

• 10 ground motion records, scaled to match the design spectra at different intensity levels (مثلا, 0.1ز, 0.2ز, 0.3ز, …)

Nonlinear Time-History Analysis:

• Performed using the selected ground motions
• معلمات الإخراج الرئيسية: الحد الأقصى للانجراف بين القصص, القص الأساسي, والقوات الأعضاء

6.5 معايير حالة الضرر

تحديد حالات الضرر بناءً على الحكم الهندسي ومعايير الأداء الهيكلي:

• ضرر طفيف (DS1): الحد الأقصى للانجراف بين القصة < 0.5%
• أضرار معتدلة (DS2): الحد الأقصى للانجراف بين القصة 0.5% – 1.5%
• أضرار واسعة النطاق (DS3): الحد الأقصى للانجراف بين القصة 1.5% – 3%
• ينهار (DS4): الحد الأقصى للانجراف بين القصة > 3%

6.6 معلمات الطلب الزلزالي

يتم تحديد معلمات الطلب الزلزالية الرئيسية على النحو التالي:

• الحد الأقصى للانجراف بين القصة (منتصف)
• القص الأساسي (BS)

6.7 نماذج الطلب الزلزالي الاحتمالية (PSDMs)

يتم إجراء تحليل الانحدار على نتائج تحليل التاريخ الزمني غير الخطي لتطوير PSDMs لكل حالة ضرر. فمثلا:

منتصف = ⋅(بي جي ايه)منتصف=ا⋅(بي جي ايه)ب

أين $ا$ و $ب$ هي معاملات الانحدار المستمدة من التحليل.

6.8 تطوير منحنى الهشاشة

مصفوفات احتمالية الضرر:

• تم تصميمه لكل حالة ضرر بناءً على معلمات الطلب الزلزالي وكثافاتها الزلزالية المقابلة.

وظائف الهشاشة:

• تم تركيبها باستخدام التوزيع اللوغاريتمي الطبيعي لبيانات احتمالية الضرر.

مثال وظيفة الهشاشة للضرر المعتدل (DS2):

[≥2∣]= ف(ln⁡(بي جي ايه)−ln⁡(PGA2)2)P[دS≥دS2∣صا]=فاي(بدS2​لن(بي جي ايه)-لن(بي جي ايهدS2​)​)

أين:

• PGA2بي جي ايهدS2​ = متوسط ​​PGA يسبب ضررًا متوسطًا
• 2بدS2​ = الانحراف المعياري اللوغاريتمي للضرر المتوسط

6.9 نتائج

يتم رسم منحنيات الهشاشة لكل حالة ضرر, يُظهر احتمال تجاوز كل حالة ضرر كدالة لـ PGA. قد تشمل النتائج سبيل المثال:

• DS1: متوسط ​​PGA = 0.15 جرام, 1=0.3بدS1​=0.3
• DS2: متوسط ​​PGA = 0.30 جرام, 2=0.35بدS2​=0.35
• DS3: متوسط ​​PGA = 0.45 جرام, 3=0.4بدS3​=0.4
• DS4: متوسط ​​PGA = 0.60 جم, 4=0.45بدS4​=0.45

7. المناقشة والتفسير

توفر منحنيات الهشاشة المطورة مقياسًا احتماليًا لقابلية تعرض البرج للأحداث الزلزالية. وتشمل الملاحظات الرئيسية:

• ضرر طفيف (DS1): من المحتمل أن يتعرض البرج لأضرار طفيفة عند مستويات PGA المنخفضة نسبيًا.
• أضرار معتدلة (DS2): يزداد احتمال حدوث ضرر معتدل بشكل ملحوظ بما يتجاوز PGA البالغ 0.3 جرام.
• أضرار واسعة النطاق (DS3): يصبح الضرر الواسع النطاق محتملاً عند قيم PGA الأعلى, مما يشير إلى الحاجة إلى تدابير تصميم قوية.
• ينهار (DS4): احتمال الانهيار منخفض ولكنه مهم عند قيم PGA العالية جدًا, تسليط الضوء على عتبات الشدة الحرجة للفشل الهيكلي.

8. خاتمة

يوفر تحليل الهشاشة الزلزالية للبرج الخلوي ذو الشبكة الفولاذية للمحطة الأساسية رؤى قيمة حول قابلية تعرضه للزلازل ويُبلغ عن تحسينات التصميم واستراتيجيات التعديل التحديثي. تضمن الخطوات الموضحة في هذه العملية فهمًا شاملاً لسلوك البرج في ظل التحميل الزلزالي وتطوير منحنيات هشاشة موثوقة. تعتبر هذه المنحنيات ضرورية لتقييم المخاطر واتخاذ القرار في سياق القدرة على مقاومة الزلازل.

9. توصيات لتعزيز القدرة على مقاومة الزلازل

بناء على نتائج تحليل الهشاشة الزلزالية, ويمكن تقديم العديد من التوصيات لتعزيز قدرة البرج على مقاومة الزلازل:

9.1 التعزيز الهيكلي

• تقوية الأعضاء: ترقية الأعضاء الحرجة (مثلا, الساقين والدعامة الرئيسية) لتحمل القوى الزلزالية العالية.
• تحسينات الاتصال: تحسين تصميم وقوة الاتصالات لمنع الفشل تحت التحميل الديناميكي.
• تستعد زائدة عن الحاجة: تقديم دعامات إضافية لتوفير مسارات تحميل بديلة وتحسين الاستقرار العام.

9.2 تحسينات الأساس

• التفاعل بين بنية التربة (مباحث أمن الدولة): إجراء تحليل مفصل لـ SSI وتصميم الأسس للتخفيف من القوى الزلزالية بشكل فعال.
• عزل القاعدة: فكر في استخدام تقنيات عزل القاعدة لفصل البرج عن الحركة الأرضية وتقليل الطلب الزلزالي.

9.3 استراتيجيات التحديثية

• أنظمة التخميد: تنفيذ أنظمة التخميد (مثلا, مخمدات الكتلة المضبوطة, مخمدات لزجة) لتبديد الطاقة الزلزالية وتقليل الاهتزازات.
• تعزيز الأبراج القائمة: تطبيق تقنيات التعديل التحديثي مثل إضافة الأقواس الخارجية أو استخدام البوليمرات المقواة بالألياف (فرب) لتعزيز القدرة الهيكلية.

9.4 المراقبة والصيانة

• مراقبة الزلازل: قم بتركيب أجهزة استشعار لمراقبة استجابة البرج أثناء الأحداث الزلزالية وجمع البيانات للتقييم المستمر.
• عمليات التفتيش المنتظمة: إجراء عمليات التفتيش والصيانة الروتينية لتحديد ومعالجة نقاط الضعف المحتملة.

10. اتجاهات البحوث المستقبلية

يمكن إجراء المزيد من الأبحاث لتحسين وتعزيز تحليل الهشاشة الزلزالية للأبراج الخلوية ذات الشبكة الفولاذية:

• تقنيات النمذجة المتقدمة: استخدم نماذج العناصر المحدودة عالية الدقة وطرق التحليل غير الخطية المتطورة لالتقاط السلوكيات المعقدة بشكل أكثر دقة.
• التحقق التجريبي: إجراء اختبارات جدول الاهتزاز على نماذج مصغرة أو مكونات للتحقق من صحة النماذج التحليلية ومنحنيات الهشاشة.
• التصميم القائم على الأداء: تطوير إرشادات التصميم المبنية على الأداء خصيصًا للأبراج الخلوية, دمج رؤى الهشاشة الزلزالية.
• التكامل مع المخاطر الأخرى: دراسة التأثيرات المجمعة للمخاطر المتعددة (مثلا, الرياح والزلازل) لتطوير استراتيجيات المرونة الشاملة.

11. خاتمة

يعد تطوير نقاط الضعف الزلزالية لبرج خلوي شبكي فولاذي للمحطة الأساسية خطوة حاسمة في ضمان سلامته الهيكلية واستمرارية التشغيل أثناء وبعد الأحداث الزلزالية. من خلال اتباع نهج منظم لتحليل المخاطر الزلزالية, النمذجة الهيكلية, وتطور منحنى الهشاشة, يمكن للمهندسين تحديد مدى ضعف البرج وتنفيذ تدابير التخفيف الفعالة. وتساهم هذه الجهود في تعزيز القدرة الشاملة للبنية التحتية للاتصالات, وهو أمر ضروري للاستجابة لحالات الطوارئ والتعافي في أعقاب الزلازل.