خطوط انتقال آب و خطوط اصلی توزیع آب شهري، به علت اهمیت و ویژگی هاي خاص آنها نسبت به سایر سازه ها، به توجه و دقت خاصی نیازمندند. انواع خرابی خطوط لوله ي مدفون ممکن است به سبب تخریب بدنه ، اتصالات آن و یا به صورت ترکیبی از خرابی بدنه و اتصالات باشد. خرابی بدنه به سبب شکستگی، ترکیدگی، تابیدن و یا خم شدن لوله و خرابی اتصال به سبب شکستگی و ترکیدگی جوش، در رفتگی اتصال پیچ و مهره اي، بیرون آمدن قطعات اتصال میباشد. مطالعات نشان می دهد که خرابی در اتصالات به مراتب بیشتر از خرابی بدنه است. مطالعات انجام شده نشان می دهد در لوله هاي ناپیوسته اتصالات غیرقابل انعطاف، نسبت به اتصالات انعطاف پذیر آسیب پذیري بیشتري در اثر نیروهاي زلزله دارند و اکثر خسارتها به اتصالات لوله ها با یکدیگر و یا سایر سازهها مربوط میشوند. همچنین نوع و جنس اتصال با توجه به جنس لوله و نحوه ي صحیح نصب اتصال می تواند نقش اساسی در بالا بردن طول عمر خط لوله داشته باشد.

در خصوص اثرات زلزله بر عملکرد خطوط لوله مطالعات مختلفی انجام شده است . کالاهان و همکارانش در سال 2012 به بررسی اثرات زلزله روي خطوط لوله در نیوزلند طی 25 سال اخیر پرداختند. در این مطالعه اثر زلزله ها از سال 1987 اجکامبی تا زلزله کرایست چرچ در سال 2011 بر روي انواع لوله هاي فولادي، بتنی،  pvc و لوله های چدنی مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج این مطالعه نشان می دهد کمترین خسارت یا نشت مربوط به لوله هاي پلی اتیلنی و pvc  بوده است و سایر لوله ها بر اثر عوامل مختلف مانند کمانش، برش جانبی، کشش بیش ازحد، پیچش و ... دچار شکست و یا نشت شده اند.

لوله های پلاستیکی  pvc و پلی اتیلن انعطاف پذیر هستند و اتصالات آنها هم رفتار ارتجاعی دارد، لذا در زلزله دچار آسیب کمتري می شوند. اکثر لوله هاي  pvc  مورد استفاده در لوله کشی فاضلاب ساختمانهاي مسکونی با اتصال چسبی پیوند داده میشوند.

 مطالعات نشان می دهد لوله هاي  upvcکه از لغزش آنها در محل اتصال جلوگیري شده در خطوط توزیع آب داراي مقاومت بالا در مقابل جابه جایی هاي زیاد زمین و همچنین روانگرایی خاك می باشند و عملکرد لرزه اي  مناسبی در زلزله هاي شدید دارند.

بررسی عملکرد انواع اتصالات در خطوط آب رسانی

دانشمندان مختلف به بررسی عملکرد اتصالات در لوله هاي مدفون تحت نیروهاي لرزه اي پرداخته اند که در این جا چند نمونه به اختصار ارائه می گردد.

خسارات وارده به لوله ها مطابق جدول زیر تقسیم بندي شده اند.

براي ارزیابی عملکرد لرزه اي انواع اتصالات، 22 زلزله در بازه ي سال هاي 1906 تا 2012 بررسی و 400 مورد خرابی لوله گزارش شده که در شکل زیر خسارات وارده بر اساس نوع اتصالات دسته بندي شده است. لازم به ذکر است در تعیین عملکرد انواع اتصالات، بایستی گستره ي کاربرد اتصال مربوطه مورد توجه قرار گیرد؛ به عبارتی خرابی ها به صورت نسبی سنجیده شود.همانطور که از نتایج پیداست بیشترین خسارت وارده به اتصالات جوشی (WJ) بوده است.

به منظور شناخت عملکرد لرزه اي اتصالات در خطوط لوله، علاوه بر مطالعات تجربی از روشهاي آزمایشگاهی، تحلیلی و عددي نیز استفاده شده است. به عنوان مثال در پژوهشی عددي به کمک روش المان محدود توسط حسینی و همکاران مدل سازی شبکه خطوط توزیع مورد توجه قرار گرفته است که در شکل زیر نتایج این مدل سازی را مشاهده می کنید.

 نکاتی که در این مدل سازي لحاظ شده نحوه اعمال شرایط مرزي در مدل است که درجات آزادی حرکت انتقالی در تکیه گاه ها براي سه راستا در نظر گرفته شده و درجات آزادي دورانی محدود شده است. نتایج این مدل سازي نشان می دهد که بیشتر خرابی در اتصالات اتفاق می افتند و در بدنه ي لوله مشکل زیادي به وجود نمی آید. در بین اتصالات هم بیشترین خسارت در اتصال زانویی است . همچنین لوله هایی که با جهت موج زلزله موازي بودند خسارت بیشتري نسبت به لوله هاي عمود پیدا کردند.

بنابراین با توجه به خسارت شدید وارده به خطوط لوله ي آب رسانی در زلزله هاي گذشته در نقاط مختلف دنیا و نیز اهمیت نقش خطوط انتقال آب به عنوان یکی از شریانهاي حیاتی و با عنایت به لرزه خیزي کشور ایران لازم است با به کارگیري مصالح مقاوم و شکل پذیر در بدنه ي لوله و نیز استفاده از اتصالات انعطاف پذیر آسیب پذیري لرزه اي خطوط انتقال آب را کاهش داد. از انواع لوله هاي شکل پذیر میتوان به لوله هاي پلی وینیل کلراید با اتصالات مهارشده اشاره کرد.

منبع :

بررسی عملکرد اتصالات مورد استفاده در خطوط انتقال آب تحت اثر بارهاي لرزهاي

فاطمه سادات اخوان حجازي (نویسنده مسؤول)، دانشجوي دکتري مهندسی زلزله، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، مهدي مقیمی، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، -دانشگاه علم و صنعت ایران