Soil-structure interaction of cylindrical tank of variable wall thickness under the constant thermal loading

• Autorzy: Lewiński P. M. , Rak M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.135221

Warianty tytułu

PL

Współpraca z podłożem żelbetowego zbiornika cylindrycznego o zmiennej grubości ścianki poddanego jednostajnemu obciążeniu termicznemu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An effective method for the analysis of soil-structure interaction including the behaviour of cylindrical storage tank with varying wall thickness under the action of constant thermal loading is presented. Elastic half-space and the Winkler model have been used for the description of subsoil. The soil-structure interaction is described by using the power series. A computational example of reinforced concrete tank loaded with constant temperature is given. The analysis of a hydrostatically loaded cylindrical tank performed for the model incorporating elastic half-space shows decrease of radial displacements as well as substantial changes in the distribution of bending moments when compared to the Winkler foundation. Additionally, local increase of subsoil reaction around the slab circumference is observed for the case of elastic half-space, in contrast to the Winkler model. However, in the case of a tank loaded with constant temperature, the solutions for both subsoil models do not differ significantly.

PL

W pracy rozważana jest metoda obliczania naprężeń termicznych w zbiornikach cylindrycznych o zmiennej grubości ścianki, zamocowanych u podstawy w płycie dennej i poddanych osiowo-symetrycznemu równomiernemu obciążeniu termicznemu (rys. 1). Schemat wzajemnego oddziaływania konstrukcji z podłożem pozwala opisać zachowanie konstrukcji zbiorników kołowych o zmiennej grubości ścianki, stosując takie modele podłoża, jak półprzestrzeń idealnie sprężysta i model Winklera. Przyjęta tu metoda (por. Borowicka [1], Gorbunow-Posadow [4]) umożliwia analizę wzajemnego oddziaływania płyty dennej zbiornika z izotropową półprzestrzenią sprężystą obciążoną prostopadle na pewnym obszarze płaszczyzny granicznej, z uwzględnieniem równania różniczkowego opartej na niej płyty kołowej. Analizę współpracy konstrukcji z podłożem przeprowadzono metodą szeregów potegowych [11]. Zaletą tego podejścia jest jest stosunkowo prosty i dokładny opis wzajemnego oddziaływania konstrukcji z podłożem w porównaniu z innymi metodami.

Słowa kluczowe

EN

cylindrical tank; reinforced concrete tank; thermal loading; soil-structure interaction; concrete structure; elastic half-space; Winkler model

PL

zbiornik cylindryczny; zbiornik żelbetowy; obciążenie termiczne; oddziaływanie grunt-konstrukcja; konstrukcja betonowa; półprzestrzeń sprężysta; model Winklera

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 4
• Strony: 269--285
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il.

Twórcy

autor

Lewiński P. M.

• Instytut Techniki Budowlanej, Warsaw, Poland

autor

Rak M.

• General Electric Company Polska, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. H. Borowicka, “Druckverteilung unter elastischen Platten“, Ingenieur Archiv, X. Band: 113-125, 1939.
• 2. M. I. Gorbunov-Posadov, T. A. Malikova, V. I. Solomin, “Calculation of structures on elastic foundation” (in Russian), Stroyizdat, Moskva, 1984.
• 3. P. M. Lewiński, M. Rak, “Soil-structure interaction of cylindrical water tanks with linearly varying wall thickness”, PCM-CMM-2015 Int. Conf., 8-11 September, Vol. 2, Gdańsk, Poland, pp. 921-922, 2015.
• 4. A. R. Kukreti, Z. A. Siddiqi, “Analysis of fluid storage tanks including foundation-superstructure interaction using differential quadrature method”, Applied Mathematical Modelling 21: 193-205, April 1997.
• 5. C. V. Girija Vallabhan, Y. C. Das, “Analysis of Circular Tank Foundations”, Journal of Engineering Mechanics, 117(4): 789-797, 1991.
• 6. A. R. Kukreti, M. M. Zaman, A. Issa, “Analysis of fluid storage tanks including foundation-superstructure interaction”, Applied Mathematical Modelling 17: 618-631, December 1993.
• 7. J. A. Hemsley (Ed.), “Design applications of raft foundations”, Thomas Telford Publishing, London, 2000.
• 8. J. A. Hemsley, “Elastic analysis of raft foundations”, Thomas Telford Publishing, London, 1998.
• 9. E. S. Melerski, “Design Analysis of Beams, Circular Plates and Cylindrical Tanks on Elastic Foundations”, Taylor & Francis Group, London, 2006.
• 10. J. S. Horvath, R. J. Colasanti, “Practical Subgrade Model for Improved Soil-Structure Interaction Analysis: Model Development”, International Journal of Geomechanics 11(1): 59-64, 2011.
• 11. N. el Mezaini, “Effects of Soil-Structure Interaction on the Analysis of Cylindrical Tanks”, Practice Periodical on Structural Design and Construction 11 (1): 50-57, February 2006.
• 12. Z. Mistríková, N. Jendželovský, “Static analysis of the cylindrical tank resting on various types of subsoil”, Journal of Civil Engineering and Management 18 (5): 744-751, 2012.
• 13. Z. E. Mazurkiewicz, (T. Lewiński - Ed.), „Thin elastic shells” (in Polish), Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2004.
• 14. W. Flügge, “Stresses in Shells”, Second ed., Springer, Berlin, Heidelberg, 1973.
• 15. Z. Kączkowski, “Plates. Static calculations”, (in Polish), Arkady, Warszawa, 2000.
• 16. P. M. Lewiński, S. Dudziak, “Nonlinear Interaction Analysis of RC Cylindrical Tank with Subsoil by Adopting Two Kinds of Constitutive Models for Ground and Structure”, American Institute of Physics, AIP Conference Proceedings 1922, 130007, 2018.
• 17. A. Halicka, D. Franczak, J. Fronczyk, “Analysis of the causes of cracking in a cylindrical reinforced concrete tank revealed during leak-proof testing” (in Polish), Przegląd Budowlany, R. 83, nr 4, 35-41, 2012.
• 18. M. Maj, “Some causes of reinforced concrete silos failure”, Procedia Engineering 172: 685-691, 2017.
• 19. K. Flaga, “Shrinkage stresses and surface reinforcement in concrete structures“ (in Polish), Monography of Cracow University of Technology No 391, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków, 2011.