考虑摆动效应的立式储罐隔震分析简化力学模型

对于基础隔震大型立式储罐的地震响应分析问题,考虑土壤与结构的相互作用和储罐的摆动效应,从流体速度势理论出发,结合储罐储液与罐壁的边界条件,建立液体运动势函数和相应的基底剪力、倾覆力矩及波高的理论表达式;并依据剪力和弯矩等效的原理,建立了具有摆动效应的基础隔震储罐的力学简化模型,利用能量原理建立了考虑摆动效应的立式储罐隔震体系的运动方程。同时,以15万m~3大型储罐为例,进行了减震效应数值计算分析,并与无摆动效应的隔震体系的简化力学模型进行了比较分析。结果表明:大型储罐采用基底隔震装置,可以有效地降低储罐的基底剪力,对液体晃动波高的控制效果较差,建议在高烈度区,满足晃动波高的前提下,储罐上部结构可以降低烈度进行设计。     

考虑土-储罐-液体相互作用的隔震储罐简化力学模型及地震响应研究

为了寻求一种既能减震又能降低成本的储罐结构,提出一种隔震储罐结构体系,根据力的平衡原则推导了滚动隔震装置恢复力模型,得出了复合滚动隔震装置的恢复力模型。基于三质点模型和场地土模型,提出了考虑土-储罐-液体相互作用（STLI）的隔震储罐的简化力学模型和运动方程,并研究了考虑STLI效应和不考虑STLI效应时抗震储罐和隔震储罐在不同场地的地震响应。结果表明：隔震储罐能够有效地降低其基底剪力及倾覆弯矩,但对晃动波高的控制有限,建议在高烈度区,满足晃动波高的前提下,隔震储罐在设计时可以降低烈度。考虑STLI效应后,抗震储罐的基底剪力和倾覆弯矩明显降低,且从Ⅰ类场地到Ⅳ类场地差异率逐渐增大,软土场地降低最为显著。隔震储罐地震响应受STLI效应的影响较小,可以有效地隔断上部结构与场地土之间的耦联,弱化STLI效应对上部结构的影响。     

地震激励下储罐内液体的减晃试验研究及有限元分析

为了避免因液体晃动过大而引起的储罐"象足"型失稳破坏,采用减晃板作为抑晃装置并对其进行了减晃优化设计。分别采用缩尺模型试验(缩尺比1∶30)和有限元分析等手段对有、无安装减晃板的储罐内的液体晃动波高、罐底剪力及罐壁压应力等关键指标进行了实测和仿真模拟。研究结果表明:关键指标的模拟值与实测值较为接近,进而验证了储罐减晃有限元分析的可靠性;当减晃板在距液面0.125倍~0.225倍的储罐高度且其宽度在0.15倍的储罐半径附近时,减晃板对储液晃动波高、罐底剪力及罐壁压应力都具有较好的抑制效果;减晃优化设计后,"象足"失稳区(接近罐底处)的罐壁压应力峰值得到了较为显著的抑制。     

储液罐晃动响应的被动控制方法研究

为解决采用常规被动控制技术难以降低储液罐晃动响应的问题,提出一种在隔震储罐中增设黏滞质量阻尼器（Viscous Mass Damper, 简称VMD）的被动控制方法。基于储液罐的两质点简化模型,采用动力时程分析方法,对固定储罐、隔震储罐和增设VMD隔震储罐三种储罐的地震响应进行了比较分析,并考虑VMD特征参数的影响,对储罐晃动响应被动控制方法的效果进行了验证。结果表明：采用本文提出的被动控制方法,不仅能够更加显著地降低地震作用下储液罐的基底剪力和有效地控制基底位移,避免隔震支座的剪切破坏;而且能够有效地降低储液罐上部液体的晃动响应,避免过大的晃动响应导致的罐顶破坏或储液外溢等问题。     

储液罐晃动响应的被动控制方法研究

为解决采用常规被动控制技术难以降低储液罐晃动响应的问题,提出一种在隔震储罐中增设黏滞质量阻尼器(Viscous Mass Damper,简称VMD)的被动控制方法。基于储液罐的两质点简化模型,采用动力时程分析方法,对固定储罐、隔震储罐和增设VMD隔震储罐3种储罐的地震响应进行比较分析,并考虑VMD特征参数的影响,对储罐晃动响应被动控制方法的效果进行验证。结果表明:采用所提出的被动控制方法,不仅能够更加显著降低地震作用下储液罐的基底剪力和有效控制基底位移,避免隔震支座的剪切破坏,而且能够有效降低储液罐上部液体的晃动响应,避免过大的晃动响应所导致的罐顶破坏或储液外溢等问题。     

新型柔性底板联结隔震储罐减震研究EI北大核心CSCD

提出一种新型柔性底板联结隔震储罐结构体系,根据力的平衡原则推导了滚动隔震装置和复合滚动隔震装置恢复力模型,并分析了不同滚动隔震参数的力学性能,提出了新型柔性底板联结隔震储罐的简化力学模型和运动方程,并进行了减震效应研究。结果表明:当滚球半径确定后,随着凹半球半径的增大,其刚度系数逐渐降低,隔震周期逐渐增大,而且刚度系数和周期变化率逐渐降低,建议当设计隔震周期较小时应采用变刚度计算模型;采用滚动隔震装置和复合滚动隔震装置的新型柔性底板联结结构隔震储罐能够有效地降低储罐的地震响应,尤其对基底剪力及倾覆弯矩的控制,但对储液晃动波高控制有限;采用复合滚动隔震装置能大幅降低隔震层的位移,同时也能提高新型柔性底板联结隔震储罐的减震率。     

地震激励下桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响

为探讨桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响,以桩-土-结构耦合系统为研究对象,建立三维非线性有限元模型。采用Drucker-Prager非线性土体本构模型,利用罚函数法实现桩-土-结构界面间的非线性耦合作用,引入无反射边界条件,并考虑重力因素,得到了水平和竖直方向组合地震激励下桩-土非线性相互作用对桩基地震响应的影响。结果表明,考虑桩-土接触非线性,桩基的加速度响应峰值减小,桩土之间出现明显的分离现象,桩基剪力和弯矩峰值有所增加。通过对桩基轴力的校核,桩基不承受拉力,不会发生拔桩现象。     

微幅晃动下考虑地基效应的矩形贮液结构动力响应研究

一般情况下矩形贮液结构通过底板直接坐落在地基上,有必要在考虑地基效应的基础上研究其动力特;定义微幅晃动波高限值,并建立矩形贮液结构的简化模型。采用人工边界模拟地基效应,建立了有限元计算模型,对比两类模型对应的晃动波高以验证简化模型的合理性,基于势流理论在微幅晃动范围内研究在不同边界条件、不同地震波和不同地震加速度幅值下矩形贮液结构的动力响应。结果表明,两类模型得到的晃动波高趋势一致,且最大晃动波高相差较小。在微幅晃动范围,液体最大晃动波高和地震加速度幅值成线性关系,考虑土-结构相互作用后,壁板水平位移、壁板有效应力和液体晃动压力有较大程度的的减小,而地基效应对液体晃动波高影响很小。     

桩-土-LNG储罐振动台试验与数值仿真分析

采用振动台试验与数值仿真两种方法对桩-土-LNG储罐的地震响应展开了分析,分析结果接近,实现了相互验证。研究结果表明:地震波沿土体和桩基的传播具有放大效应,土体会改变地震动的加速度峰值和频谱特性。在所选地震动作用下,软土层的场地放大效应更为明显,不同位置的桩基在各方向的加速度响应不同,中间位置桩基的加速度大于两侧桩,两侧桩基轴力方向相反,桩土储罐与刚性基础储罐的地震响应在波形和峰值上差异较大。基于上述研究结果,建议在研究LNG储罐的地震响应时考虑桩土对储罐的影响,并根据基础类型选择合理的地震动进行分析。     

变曲率滚动隔震动力学分析及在球形储罐中的应用

根据力平衡原则推导了椭圆轨道滚动隔震装置恢复力力学模型,并分析了其不同椭圆函数参数及滚动摩擦系数时的力学性能。得出滚球半径及椭圆轨道短轴尺寸一定时,随着长轴的增加,刚度系数逐渐减小,且刚度函数及周期函数的变化率逐渐变小,地震作用时可调节范围也逐渐变小。建议椭圆长轴值的选取综合考虑上部结构自振频率及有可能产生的最大水平位移优化设计。采用速度势刚性理论推导球形储罐考虑储液晃动的变曲率滚动隔震简化力学模型,并进行了地震动响应研究。结果表明:考虑滚动基础隔震后能够有效地减小球形储罐地震动响应,尤其对基底剪力及倾覆弯矩有较好的减震控制作用。同时对储液的晃动响应也能起到一定的抑制作用。球形轨道滚动隔震与椭圆形轨道滚动隔震各工况均值减震率相差较小,且变曲率滚动隔震能在一定程度上限制隔震层位移。     

带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙抗震性能研究

钢板剪力墙因具有良好的抗震性能被大量应用到高层建筑和高烈度区域。为解决装配式钢板剪力墙滞回曲线捏缩、平面外屈曲问题,该文提出一种带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙。针对该装配式高强钢板剪力墙,变化高厚比和钢材牌号对其进行拟静力荷载作用下抗震性能有限元和试验研究,分析破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和延性。研究结果表明：该装配式高强钢板剪力墙内嵌板环形阻尼器和边界连接板带屈服破坏,其他构件完好;滞回曲线饱满,位移延性系数在5.7～8.7,抗震性能良好;提出的抗剪承载力计算公式简单明了、概念明确,与有限元模拟和试验吻合良好。     

大型LNG储罐罐底保冷层结构优化研究

针对大型LNG储罐罐底漏热量大及基础保冷性能差等问题,对储罐底部保冷结构进行了优化,并对不同储罐底部基础的温度场分布和漏热量进行了数值模拟和现场对比分析。结果表明:储罐冷损失与泡沫玻璃砖厚度呈双曲线函数关系,在内外壁温差为185 K时泡沫玻璃砖保冷层厚度设置为600 mm保冷效果显著,再增加厚度时保冷损失减小缓慢;储罐基础采用夯土基础时保冷性能优于柱桩基础,而夯土基础需在罐底设置加热系统,因此工程上大型LNG储罐需根据实际情况进行选择。     

内置有水平挡板的矩形储液器非线性晃动分析

该文以内置有水平挡板的矩形储液器为研究对象,对储液器的非线性晃动问题展开研究。利用势流理论和虚功原理,推导了由水平挡板引起的储液器非线性阻尼比(非线性体现于波高有关)的计算公式,同时考虑水平挡板对储液器晃动频率的影响而对非线性阻尼比计算公式进行了修正。结合液体晃动的非线性分析理论,研究了水平挡板处于不同位置、挡板长度不同时储液器的液面波高与晃动力变化情况。利用Fluent软件进行了数值模拟,并与理论模型分析的结果进行对比。结果表明:当水平挡板靠近储液器底部或长度较小时,储液器内液体的非线性晃动现象较明显,利用非线性三阶模态方程推导得到的波高、晃动力与数值模拟结果较接近,而仅考虑一阶线性响应会明显低估储液器液面波高,但其求解的晃动力却与考虑非线性值的状况基本一致;随着挡板到自由液面距离的变小或挡板长度的增大,储液器液面波高、晃动力幅值减小,液体晃动呈线性变化,说明水平挡板靠近自由液面或增大其长度时能够提高储液器的阻尼比,进而也更能抑制液体的非线性晃动。同时水平挡板逐渐靠近自由液面或长度逐渐增大时,储液器晃动频率逐渐减小,减小的幅度分别可达到5.7%~28%。     

基于抗剪承载能力设计的多层钢板剪力墙抗震性能试验研究

通过基于剪力墙板“屈服前屈曲”抗剪承载力设计准则设计的钢框架-薄钢板剪力墙原型结构,按1/4缩尺设计的三层试件进行水平低周反复荷载试验,得到了多层薄钢板剪力墙结构在水平荷载作用下的抗侧刚度、结构耗能、水平剪力和倾覆力矩在钢框架与剪力墙板之间的百分比分配、剪力墙板平面外位移及主拉应力的倾角,结果表明:结构的水平抗侧刚度随着荷载加载等级的增加而逐渐减小,但减小的幅度却越来越小;试件的耗能能力很强,结构在最后一级加载循环时消耗了6.7倍的屈服能;各层的耗能量随着加载位移的增加而逐渐变大,二层的耗能量最大,顶层次之,底层最小;在结构处于第1级加载的弹性状态时,剪力墙板承担的水平荷载比例约为60%~65%,钢框架承担的倾覆力矩比例约为80%;剪力墙板的主拉应力倾角变化范围为30°~51°。     

移动式低温LNG贮罐强度的有限元分析

为实现移动式低温LNG贮罐的优化设计与安全运行,以高真空多层绝热结构LNG贮罐为研究对象,在分析其结构与承载特点的基础上,针对实际使用中经历的启动、制动、颠簸等多种工况,采用有限元方法分析了该类贮罐总体及局部的应力强度分布。结果表明:多种工况下,内容器内壁靠近滑动端支承的部位应力强度均最高,特别是遭遇羁绊颠簸时,其最大应力强度达到323.5MPa,比静态操作提高了62.5%,因此在LNG贮罐内、外容器上设置合适厚度与间距的加强圈对降低局部应力强度很有必要。同时水平加速度在-0.5g-1.0g区间交变时的疲劳分析与评定表明,LNG贮罐当前结构满足疲劳强度的要求,但最大交变应力强度点均出现在靠近固定支承的加强圈的边缘,说明结构不连续等对贮罐膜应力状态的破坏是导致疲劳失效的主因,故移动式LNG贮罐应尽量采用圆滑过渡结构。     

薄钢板剪力墙结构试验研究及简化模型分析

通过对薄钢板剪力墙结构的低周反复荷载试验研究,分析了结构的受力机理、变形破坏模式、滞回曲线、延性指标、耗能能力等抗震性能指标。针对非加劲薄钢板剪力墙屈曲后受力性能,基于刚度等效、柱最大轴力等效和柱最大弯矩等效,提出一种构造简单又能考虑对边柱不利影响的三拉杆模型TSM(Three Strip Model),并与SM模型,精细有限元模型及试验结果进行了对比,结果表明,TSM模型具有很好的精度,可供工程设计应用。     

核电厂房安全壳流固耦合动力响应分析

在地震荷载作用下,核电厂房安全壳水箱内水会发生晃动,这种流固耦合作用会影响到安全壳的动力响应。采用简化附加质量法和光滑粒子流体动力学(SPH)法,分别对应不考虑和考虑水体晃动的效应,选取常用自然波Northridge波和上海人工合成波作为地震动输入,获取了7个水位工况下包括基底剪力、位移和加速度的动力响应。通过对比两种方法的模拟结果,发现考虑水体流动的SPH法要比不考虑水体晃动的简化附加质量法的动力响应要小,水箱内水的晃动对结构整体的动力响应起到了减震的作用;并分析SPH法各水位工况下的动力响应,结果表明:水位高度4.0 m时,安全壳动力响应相对较小,是水箱较为合理的储水水位。