Evaluation of Soil-Structure Interaction on the Seismic Response of Liquid Storage Tanks under Earthquake Ground Motions

Abstract

Soil-structure interaction (SSI) could affect the seismic response of structures. Since liquid storage tanks are vital structures and must continue their operation under severe earthquakes, their seismic behavior should be studied. Accordingly, the seismic response of two types of steel liquid storage tanks (namely, broad and slender, with aspect ratios of height to radius equal to 0.6 and 1.85) founded on half-space soil is scrutinized under different earthquake ground motions. For a better comparison, the six considered ground motions are classified, based on their pulse-like characteristics, into two groups, named far and near fault ground motions. To model the liquid storage tanks, the simplified mass-spring model is used and the liquid is modeled as two lumped masses known as sloshing and impulsive, and the interaction of fluid and structure is considered using two coupled springs and dashpots. The SSI effect, also, is considered using a coupled spring and dashpot. Additionally, four types of soils are used to consider a wide variety of soil properties. To this end, after deriving the equations of motion, MATLAB programming is employed to obtain the time history responses. Results show that although the SSI effect leads to a decrease in the impulsive displacement, overturning moment, and normalized base shear, the sloshing (or convective) displacement is not affected by such effects due to its long period.

Soil Densification Effect on The Seismic Response of Structures Taking into Consideration Soil-Structure Interaction

“…The cone model generally used to determine the values of the rheological models considered in the modeling of subdomain by the substructures method. In this model, the components of the displacement field will vary along the depth in the shape of a truncated cone, as shown in Figure 3, for the horizontal translational degree of freedom [8].…”

Ảnh Hưởng Của Chiều Cao Chất Lỏng Và Biến Dạng Nền Đến Ứng Xử Của Hệ Bể Chứa Dưới Tải Trọng Động Đất Tại Việt Nam

“…Nghiên cứu của Seleemah [4], Rawat [5] và Tsipianitis [6] thực hiện với mô hình cô lập móng của bể chứa chất lỏng khỏi nền đất. Một số tác giả khác đã thực hiện nghiên cứu ứng xử của hệ bể chứa-chất lỏng dưới tải trọng động đất có xét đến biến dạng nền, nhưng là bài toán tuyến tính như: Larkin [7] nghiên cứu trên mô hình giản đơn 2 bậc tự do, chuyển vị ngang và góc xoay; Larkin [8] bổ sung bậc tự do theo phương đứng; Farajian [9] thay thế hệ đất nền-móng bằng mô hình giản đơn có dạng khối lượng-lò xo, chỉ xét đến bậc tự do nằm ngang của phương pháp hình côn (cone method). Bakalis [10] thực hiện nghiên cứu theo hướng mới, xét đến phi tuyến hình học (móng nhổ khỏi mặt tiếp xúc với đất), bằng phương pháp phần tử hữu hạn.…”

“…Ba bậc tự do theo phương ngang ( , , ) tương ứng với khối lượng , và khối lượng móng , có phương trình vi phân chuyển động (4)-( 6); bậc tự do góc xoay ( ) có phương trình vi phân chuyển động (7); và bậc tự do theo phương thẳng đứng ( ) có phương trình vi phân chuyển động (8). Hệ phương trình vi phân chuyển động (4)-( 8) viết dưới dạng véc-tơ như phương trình (9).…”

“…Tiến hành tích phân phương trình (9), lần thứ nhất sẽ thu được vận tốc ( ̇ , ̇ ), lần thứ hai sẽ thu được chuyển vị ( , ) của các bậc tự do chuyển động đối lưu và chuyển động xung kích. Theo Farajian (2017) [9], các giá trị này được kết hợp với các thông số của mô hình cho phép suy ra đại lượng nghiên cứu là lực cắt , mô-men và chuyển vị thẳng đứng của mặt chất lỏng tự do theo các công thức (10)- (12).…”

Effect of MetaFoundation on the Seismic Responses of Liquid Storage Tanks

“…For more than four decades, a wide variety of studies have been conducted to develop various base isolation devices and to study their effects on the improvement of the seismic performance of steel tanks [8][9][10][11][12][13][14]. However, several factors influence the seismic responses of structures [15,16], and in the case of base-isolated liquid storage tanks, they may have adverse effects leading to an increase in seismic demands compared to the fixed base condition [17][18][19]. For example, Bagheri and Farajian [17] showed that the base isolation may experience an excessive displacement when the system is subjected to near-fault excitations with severe pulses, resulting in a dramatic increase in the displacement of the impulsive mass and, consequently, base shear and overturning moment.…”