Seismic performance of self-anchored tanks located in high seismic regions in Turkey

Abstract

This study examines the seismic performance of three unanchored industrial liquid storage tanks that are located in the Kocaeli industrial area, which has a significant earthquake risk. One of the tanks is an existing tank in an industrial facility located in the region, while the other two were designed to have different anchorage ratios. The finite element analysis software ABAQUS was used to build 3-D finite element models in order to assess the seismic performance of the tanks. The seismic behaviour of the tanks was studied by performing time-history analyses using the recorded earthquake records that were scaled for the tank location. The spring-mass model, on which the developed tank models are based, models liquid content as two-point masses that were spring-adjusted to the tank wall. This approach was based on American Petroleum Institute (API 650). Tank-liquid interaction, base uplift, tank sliding off its foundation, damage to the tank's wall shell plates as well as bottom base plates, and the tank earthquake performance were all analysed. In addition, the effects of different friction coefficients between tank base and its foundation on tank seismic performance were studied. The seismic analyses were carried out using data related to eleven earthquakes. This data was scaled to meet the seismic design spectrum for the tank location and chosen in compliance with the Turkish Building Earthquake Code. Tank base sliding, base uplift and material damage were monitored to assess potential tank damages. The main objective of the study was to investigate the effects of tank anchorage ratio on seismic performance of unanchored tanks located in high seismic regions. This was achieved by performing time history analysis of the tanks using 11 earthquake records. Also, tank base uplift and sliding over the foundation failure modes were also evaluated on the basis of the effect of anchorage ratio on tanks. The second objective of the research was to examine the impact of friction between the tank base plate and tank foundation on tanks seismic performance. For this purpose, the tank's seismic performance was evaluated by considering two different friction coefficients. The findings of this study contribute new and valuable insights into the existing literature on the seismic performance of unanchored tanks and the effects of anchorage ratio on their seismic performance. In addition, the study provided a better understanding of the effects of unanchored tanks base friction on their seismic performance. Consequently, these findings will contribute to procedures used for seismic design of unanchored tanks and enhance the seismic performance of tanks at highly seismic regions.

Bu çalışmada, deprem riskinin yüksek olduğu Kocaeli sanayi bölgesinde bulunan tehlikeli sıvı ihtiva eden üç adet ankrajsız sanayi tankının deprem yükleri altındaki performansı incelenmiştir. Tanklardan biri bölgedeki bir endüstri tesisinde mevcutken diğer ikisi farklı ankraj oranlarına sahip olarak tasarlanmıştır. Tankın deprem performansını belirlemede ABAQUS sonlu elemanlar programı kullanılarak 3D model oluşturulmuştur. Tankların deprem davranışını incelemek için zaman tanım alanında analiz metodu kullanılmıştır. Deprem kayıtları tankların konumuna göre ölçeklenmiştir. Geliştirilen tank modellerinin temel aldığı kütle-yay modeli, sıvı içeriğini iki nokta kütlesi olarak modeller ve bu kütlesel noktalar tank duvarına yaylarla bağlanır. Tank analiz modeli API 650 yönetmeliğine dayanmaktadır. Tank-sıvı etkileşimi, taban yükselmesi, tankın tabanından kayması, tank duvar kabuk plakalarının ve taban plakalarının hasarı ve tankın deprem performansı tümüyle analiz edildi. Ayrıca, tank tabanı ile temel arasındaki farklı sürtünme katsayılarının tank deprem performansı üzerindeki etkileri de incelendi. Deprem analizleri, on bir farklı deprem verisini kullanılarak gerçekleştirildi. Bu veriler, tankın bulunduğu bölge için deprem tasarım spektrumunu karşılamak üzere ölçeklendirildi ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine uygun olarak seçildi. Potansiyel tank hasarlarını değerlendirmek için tank taban kayması, taban yükselmesi ve malzeme hasarı takip edildi. Çalışmanın temel amacı, yüksek deprem riski taşıyan bölgelerde konumlanan ankrajsız tankların deprem performansına ankraj oranının etkilerini incelemekti. Tankların deprem yükleri altındaki yapısal davranışları zaman tanım alanında dinamik analizlerle belirlenmiştir. Ayrıca, tank taban yükselmesi ve temel kayması gibi başarısızlık modları da ankraj oranının tanklar üzerindeki etkisi temel alınarak değerlendirildi. Araştırmanın ikinci amacı, tank taban plakası ile temel arasındaki sürtünmenin tank deprem performansı üzerindeki etkisini incelemekti. Bu amaçla, tankın deprem performansı, iki farklı sürtünme katsayısı dikkate alınarak değerlendirildi. Bu çalışmanın bulguları, ankrajsız tankların deprem performansı ve ankraj oranının etkileri konusundaki mevcut literatüre yeni ve değerli katkılar sağlamaktadır. Ayrıca, bağlanmamış tankların temel taban sürtünmesinin deprem performansı üzerindeki etkisini daha iyi anlaşılmasını sağlamaktadır. Sonuç olarak, bu bulgular, ankrajsız tankların deprem tasarımında kullanılan prosedürlere katkıda bulunacak ve yüksek deprem riskli bölgelerde tankların deprem performansını artıracaktır.