第期孙建刚等立式浮顶储罐基础隔震地震响应研究作用也是浮顶设计的重要依据鉴于此本文考虑浮顶对动响应的影响假定其为均质刚性圆板波高振动形式假设为沿半径线性分布研究基础隔震立式浮顶储罐地震响应的分析理论基本理论基本假定浮顶储罐内液体为无旋无粘不可压缩的理想流体浮顶为均质刚性

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鹰类律
7 years ago
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1 第卷第期年月哈尔滨工业大学学报 """#"#$& ' 立式浮顶储罐基础隔震地震响应研究孙建刚崔利富杜蓬娟赵长军大连民族学院土木建筑工程学院 (( 辽宁大连 )*+,(-. 东北石油大学土木建筑工程学院 ( 黑龙江大庆大连海事大学道路与桥梁工程研究所 (( 辽宁大连摘要为研究浮顶储罐基础隔震地震响应问题将浮顶假定为均质刚性圆板波高振动形式受浮顶约束假设为沿半径线性分布由速度势理论出发建立液体运动势函数基底剪力倾覆力矩表达由板振动理论建立浮顶运动方程由能量原理建立罐体运动控制方程采用时程分析方法研究了浮顶储罐基础隔震的地震响应数值结果表明隔震基频宜取 / 01) 隔震阻尼比宜取类类场地减震率效果好于类类场地场地不同对波高的影响不同高径比对隔震浮顶储罐的地震响应影响不大关键词浮顶储罐基础隔震波高基底剪力倾覆力矩中图分类号文献标志码文章编号 (+ ( " "#$ $ *13 8$9134*3 $775$2: ;7-;07# ;2312;27)32:70)2; (( $9231 )*+, (-.$775$2: ;7-;07# ;971);7;07.32:70)2; ( *213 $92313);2;; # ;2.732:70)2; (( $9231 & ");;97)72).2-07)3)7551;2305);017;132;9 ;97<1)72)1;23 ;9751;23052) 1).7 1)19.737) ;7 ;97:2<01; :79729;2)1).7 1)237102);02<4 ;23 13;97012);97:7-2;;73;21;970 ;97:7-2;;73;2153-;23 5;9722.:7.73; 13 ;977=07)23 5<1)7)971013:70; ;1077);1<2)97 13 <;971;7:2<01;23 ; ;97.;23 71;23 50;9751; ;97.;23 71;23 50;97;13 )); )4 73;7 07)7-;2:7>2;9 ;97;2.792);0131)2) ;97)72).2-07)3)7)50;972)1;7 51;2305);017 ;13)107);27" );))9;91;; ; )1;23 2)12-1<7;<7 01) 927; ;252)1;23 2)" ;7)5 )2;7107<7;70;913 ;9)75 )2;7"97757-;) ;)2;7)3 1:79729; ; 13 ;9701;259729;;21.7;7091) 2;7757-;3 ;97)72).2-07)3)75;972)1;7 51;2305);017;13) ' $ 51;2305);017;13 <1)72)1;23 1:79729; <1)7)9710 :70; ; 引发立式浮顶的震害主要包括浮顶的卡顶失稳罐壁象足屈曲菱形屈曲连接部件的破坏等因素从储罐抗震问题研究角度看侧重自由表面晃动的储罐地震响应分析文献多考虑浮顶影响的文献收稿日期 ( 基金项目国家自然科学基金资助项目 +( # 教育部财政资助自主科研项目作者简介孙建刚男教授博士生导师相对较少关于基础隔震研究文献针对自由面储罐橡胶隔震已做了大量理论和实验研究国外 $919< 13?7 19;21? 等研究了自由面储罐滑移橡胶垫隔震的问题结果表明隔震能够有效降低储罐的倾覆力矩减少罐壁的轴向应力但对波高有放大效应可见储罐结构控制的研究多以自由面来考虑问题实际的结构体系中浮顶作为附加质量对储罐的晃动是有影响的同时由于地震激励产生晃动对浮顶的冲击

2 第期孙建刚等立式浮顶储罐基础隔震地震响应研究作用也是浮顶设计的重要依据鉴于此本文考虑浮顶对动响应的影响假定其为均质刚性圆板波高振动形式假设为沿半径线性分布研究基础隔震立式浮顶储罐地震响应的分析理论基本理论基本假定浮顶储罐内液体为无旋无粘不可压缩的理想流体浮顶为均质刚性圆板质量为储罐基础为橡胶隔震层隔震层顶部位移为隔震层为线性隔震刚度为阻尼系数为储罐壳壁为弹性具有位移的变化地面输入激励为罐几何和坐标系统见图图罐几何和坐标系统贮存液体圆柱壳的运动势及压力液体产生的速度势由水平地震激励液体的晃动液体沿罐壁的径向运动构成为此将液体的速度势分解为由地面水平地震激励和隔震层运动产生的运动速度势浮顶晃动的速度势弹性壁径向运动产生的速度势则总的速度势为 -) -) " # $ -9 ( ) & ( ) -) -) -) ' 运动分析方程浮顶运动方程针对图的基础隔震体系由速度势在浮顶产生的动水压力进行积分推导得其运动方程为 # $ # $ ' 液体与壳体耦合振动方程由速度势在罐壁产生的动水压力并沿罐壁高度和圆周方向进行积分同时根据 1.2;3 原理得侧向壁的振动方程 # $ ' 基础隔震层振动方程由底层基底剪力在虚位移上所做虚功等于隔震层的变形能和阻尼耗散所做的虚功得 # $ ' 系统振动方程由式和构成系统分析的振动方程并考虑液体的晃动阻尼和壳体的阻尼 ) 得 { # $ } ) ) # $ 倾覆力矩和波高侧壁倾覆力矩 # $ ' " # $ & 底板上倾覆力矩波高 ' ( " # $ & ' # $ -)' +

3 哈尔滨工业大学学报第卷数值分析以万方立式钢制浮顶储罐为研究对象研究隔震与非隔震在地震动作用下高径比隔震基频阻尼比场地对地震响应的影响高径比对储罐地震响应影响图给出的是在 #$73;0 波地震作用下加速度峰值为隔震基频为 01) 隔 &'"" &'"" "#$&'" " ##&'" 图不同高径比非隔震与隔震地震响应对比震阻尼比为高径比变化对隔震非隔震储罐地震响应的影响对比曲线图为隔震非隔震考虑浮顶和未考虑浮顶种状态在不同高径比下的地震响应从图中的结果分析可知高径比对非隔震储罐的倾覆力矩影响比较大考虑浮顶储罐的侧壁倾覆力矩在高径比小于的范围内比自由表面储罐的小并随高径比的增加而增大底板产生的倾覆力矩是小项且随高径比的增大变化不大隔震对考虑浮顶和未考虑浮顶相对于非隔震而言均有减震效应两者的侧壁倾覆力矩底板倾覆力矩的响应接近且随高径比的增大变化不大高径比对考虑浮顶和未考虑浮顶的非隔震储罐的波高有影响浮顶具有降低波高的作用考虑浮顶和未考虑浮顶的隔震储罐的波高随高径比增大而降低两者的波高差值不大从图沿半径的时程曲线分析可见隔震对自由表面波高有降低效应对有浮顶的晃动波高有轻微的放大效应隔震基频对浮顶储罐地震响应影响图给出的是在 #$73;0 波地震作用下其加速度峰值为隔震阻尼比为不同隔震基频种高径比情况下的浮顶储罐倾覆力矩晃动波高随隔震基频变化的关系曲线从图 1 / < 给出的结果分析可知倾覆力矩随隔震基频增大而增大高径比对基底剪力 " # " & " $ '

4 第期孙建刚等立式浮顶储罐基础隔震地震响应研究 " #" " " 图储罐随隔震基频变化的地震响应分析倾覆力矩有影响在隔震基频一定时基底剪力和罐壁的倾覆力矩随高径比增大而增大总的倾覆力矩在高径比为 ( 时由于底板倾覆力矩的加入在隔震基频大于 01) 时有些变化但总的趋势为随隔震基频增大而增大浮顶储罐的最大晃动波高随隔震基频变化不明显高径比小晃动波高大从图 - / 给出的减震率结果分析可知隔震基频在 / 01) 之间基底剪力和总的倾覆力矩的减震率达 (A 以上且随着隔震基频的减小而减震效果增大高罐减震效果大于矮罐隔震基频对波高的减震效果影响较大隔震基频较小时对波高有放大效应高径比不同放大效应不同放大影响的隔震基频段也不同隔震基频对高径比为储罐的波高影响最大而这一高径比恰为工程中常用的比值由此可见在设计隔震时要结合储罐的投资造价及地震响应进行优化设计场地对隔震浮顶储罐地震响应影响图给出的是在类地震波作用下其加速度峰值为隔震阻尼比为隔震基频为 01) 高径比为的浮顶储罐倾覆力矩晃动波高随时间变化的曲线图的结果表明场地不同总倾覆力矩晃动波高的反应时程不同类类反应峰值较大其总倾覆力矩减震效果也有一定的差异类类场地的总倾覆力矩的减震率达 A 以上波高减震率达 A 以上类类场地的总倾覆力矩的减震率达 (A 以上类场地的波高略有放大放大 +A 左右类场地的波高减震率为 A 这一点说明隔震对不同的地震动的波高影响是不一样的设计时要进行相应的时程分析来保证 " " # 图不同场地隔震储罐地震响应时程隔震阻尼比对隔震储罐地震响应影响 "# 图给出的是在 #$73;0 波地震作用下 " # $ & $# 图 ( 隔震阻尼比对隔震储罐地震响应影响

5 哈尔滨工业大学学报第卷其加速度峰值为隔震基频为 01) 高径比为的浮顶储罐总倾覆力矩晃动波高随阻尼比变化的曲线图的结果表明隔震阻尼比在 / 段考虑浮顶和未考虑浮顶储罐总的倾覆力矩随隔震阻尼比增大而下降当隔震阻尼比大于时考虑浮顶和未考虑浮顶储罐总的倾覆力矩随隔震阻尼比增大而增大隔震阻尼比在 / 段考虑浮顶和未考虑浮顶储罐的波高随隔震阻尼比增大而下降当隔震阻尼比大于时考虑浮顶储罐的波高随隔震阻尼比增大而下降未考虑浮顶储罐的波高随隔震阻尼比增大而增大由此分析可知隔震阻尼比存在优化区间一般宜取结论由速度势理论出发建立了考虑浮顶隔震储罐的基本理论给出了基底剪力波高倾覆力矩的基本表达并由能量原理建立了运动分析方程不隔震浮顶具有降低波高的作用隔震对浮顶储罐和自由表面储罐的倾覆力矩均有良好的降低作用隔震对非浮顶储罐波高有降低作用但对浮顶储罐波高的降低效应取决于高径比隔震基频及场地地震动特性等高径比影响浮顶储罐的地震响应结果隔震储罐倾覆力矩受高径比的影响效果不大波高随高径比增大而降低隔震对自由表面波高有降低效应对有浮顶的晃动波高有轻微的放大效应隔震基频在 / 01) 且随着隔震基频的减小减震效果增大高罐减震效果大于矮罐隔震基频对波高的减震效果影响较大隔震基频较小时对波高有放大效应高径比不同放大效应不同放大影响的隔震基频段也不同存在优化区间隔震基频宜取 / 01) 类类场地减震率效果好于类类场地场地不同对波高的影响不同隔震阻尼比宜取参考文献 # #72) ; -0:7) );77);017;13) <17) #10;917# (( 672).2-<791: );77 22 );017;13)0315$3);0-;231;77 7) >$ > );017;13)370710;917123#10;94 17# ;0-; #"# $? 6;04 17;13)370710;917123# )7:27(?>?3 ;97:2<01; :1;71;70 "13 )11 )1132:70)2;+ ( ( &"&"9722 ))92313 ;972.)2:7 07)07)52);017;13)7;710;917) )07 3);2;;75113 ( + " ") );017;13 2;9 1)2377- ;751; )72).2-7=4-2;1; )07'7)7"7-93 " " #"&?6?> ;) )3)75151; );017; )07'7)7" 孙建刚立式储罐地震响应控制研究 6 哈尔滨中国地震局工程力学研究所孙建刚郝进峰王振储罐基底隔震振型分解反应谱计算分析研究哈尔滨工业大学学报 + ((( 孙建刚王向楠张荣花等立式储罐并联隔震地震反应分析哈尔滨工业大学学报 $?#&917;1<7;7); ;70;13 23 <1)72)1;7 );0-;07)04 315;0-;01# $#( + + "?7.7;9 50)72).2-<1)72)14 ; );017;13) #10;917# ;0-; ) +(+? ##6)731.2-;7);507:114 ;23 5)72) <1)72)1;722 );04 17;13) # ;0--;07)+? 6 72).2-07)3)75 22 );017;13)2)1;7 <)223<71023) # ;0-;07 ++ 编辑刘彤

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第 25 卷第 2 期北京石油化工学院学报 Vol.25 No.2 2017 年 6 月 JournalofBeijingInstituteofPetrochemicalTechnology Jun.2017 췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍文章编号 :1008-2565(2017)02-0048-06 近断层地震动下大型立式隔震储罐的地震响应分析