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。     

球形储罐罐底附加黏弹性阻尼器减震研究

为了研究球形储罐罐底附加黏弹性阻尼器后的减震效果,推导了球形储罐考虑储液晃动效应的抗震简化力学模型、罐底附加黏弹性阻尼器的初始简化力学模型及二次简化力学模型,并进行了地震动响应分析,得出采用减震措施后能大幅削减球罐支承的受力,对储液晃动波高亦有一定控制作用;同时有限元数值仿真结果表明,在罐底附加黏弹性阻尼器后能有效减小球罐地震动响应;将有限元计算结果与数值解进行对比分析,数值解与有限元解十分接近,相互验证了计算结果的准确性。当采用简化力学模型进行减震设计时,初始简化模型及二次简化模型计算结果应适当放大,从结构安全性考虑放大系数可取1.1~1.2。     

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。     

球形储罐考虑储液晃动时的简化动力学模型基本理论

为了更加真实地反应球形储罐在地震动作用时的液固藕联振动动力响应,采用速度势刚性理论,根据边界条件推导出合理的势函数,进一步求出球形储罐在地震动作用时的动液压力、储液晃动波高、支承底部剪力及倾覆弯矩表达式,并分析了不同截断数m及球罐半径R对各参量的影响。将该推导的晃动分量系数和晃动频率与Lazaros值作对比,两者十分接近,验证了该推导过程的正确性。构建了便于工程应用的球形储罐考虑储液晃动简化动力学模型,分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类场地进行了地震动响应研究并与有限元数值仿真模拟计算结果进行对比,有限元解与理论解十分接近,且理论解均值均大于有限元解均值,计算结果偏于安全,进一步佐证了所构建的简化力学模型的准确性及可靠性。     

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。     

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。     

地铁上盖层间隔震建筑设计研究

层间隔震技术是提升地铁上盖结构抗震性能的有效措施。为识别影响该类结构关键设计指标的控制因素,从而指导该类结构的精细设计,依托一大底盘-双塔楼地铁上盖层间隔震工程案例,考虑了3种塔楼方案和4种隔震层方案,设计了12个分析案例。基于精细模型分析了塔楼、隔震层和大底盘相对刚度比和隔震层屈重比对9个关键设计指标的影响规律,包括塔楼和大底盘的中震减震系数、大震最大层间位移角和楼面绝对加速度,以及隔震层的大震位移、极大面压和极小面压,识别了影响各设计指标的关键影响因素。结果表明：对于塔楼,减震系数和楼面最大绝对加速度的控制因素是隔震层刚度和屈重比,减小两者可以取得更好的控制效果,增大塔楼刚度也会存在一定的控制效果,但相对有限;增大塔楼刚度和减小隔震层刚度及屈重比可以一定程度控制塔楼最大层间位移角,当两者达到一定程度后控制效果均趋于稳定。对于大底盘,塔楼和隔震层对其设计指标影响相对较小。对于隔震层,隔震层刚度及屈重比是大震隔震层位移的主要控制因素,其减小会显著增大该位移;塔楼刚度是极大面压的控制性因素,刚度的增大会带来重力的增大,从而带来极大面压的增大;增大塔楼刚度和减小隔震层刚度均可显著控制支座中...     

长周期地震动作用下惯容‑层间隔震结构地震响应分析EI北大核心CSCD

已有研究表明惯容系统与基础隔震技术结合使用可以减小长周期地震动下基础隔震结构的动力响应,但惯容系统对层间隔震结构控制效果与基础隔震存在差异,需要进一步研究。提出将SPIS‐Ⅱ惯容系统应用于层间隔震结构,对惯容系统进行参数设计,通过数值分析研究长周期地震动下惯容‐层间隔震结构的减震效果。结果表明:采用虚拟激励法求解结构的随机振动响应,能够快捷有效地确定惯容系统参数;惯容系统大大减少了隔震层位移,有效解决了长周期地震动下隔震层位移超限的问题,且随地震动幅值增大,位移减震率也随之提高;惯容‐层间隔震系统在很好地控制上部结构响应的同时,进一步减小了下部子结构的地震响应。     

长周期地震动下软夹层地基的层间隔震结构振动台试验研究

长周期地震动易使隔震结构地震响应强烈,考虑土-结构相互作用（SSI效应）后隔震结构可能更不利。为探究长周期地震动下软弱夹层地基SSI效应对层间隔震结构的动力响应规律及减震性能的影响,开展刚性、软夹层地基上大底盘单塔楼层间隔震结构的数值模拟和振动台试验。结果表明：考虑SSI效应后结构的自振周期较刚性地基增大,但采用隔震技术后延长的周期倍数降低;软夹层地基对输入地震动具有明显放大和滤波效应,与地震动的峰值和频谱特性相关;SSI效应对层间隔震结构的地震响应以放大作用为主,对下部底盘和隔震层的影响较大;考虑SSI效应后长周期地震动下隔震结构的地震响应较普通地震动更为强烈,减震效果变差,特别是近场脉冲地震动下隔震层位移超限,体系发生失效破坏。     

近场地震下隔震结构基底发生碰撞的鲁棒易损性曲线计算

用凸集模型模拟隔震结构参数(如刚度、质量、支座的屈服力和屈服后刚度等)的不确定性,而用随机模型模拟地震动输入的不确定性,提出了计算近场地震作用下在考虑双不确定性因素时隔震结构基底发生碰撞的易损性曲线计算新方法;提出了鲁棒易损性曲线的新概念,计算结果将给隔震支座力学参数的设计以及基底与限位墙之间空隙宽度的选取提供参考;通过计算实例中基底最大位移敏感度分析发现,上部结构的质量和隔震支座的力学参数(如屈服力、屈服后刚度等)对基底最大位移影响较大,而上部结构的刚度对其影响不大;此外,该文的研究内容也为考虑结构参数和输入地震动双不确定性因素的情况下,计算各类结构地震易损性曲线提供了一种新的思路和途径。     

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%。     

软土场地大型LNG储罐考虑桩土相互作用的地震响应分析

在通用有限元软件ANSYS平台上建立了桩-土-LNG储罐相互作用体系的三维整体有限元模型,分析了在IV类软土场地上考虑桩土相互作用对LNG储罐地震响应的影响。结果表明,LNG储罐的基底剪力峰值、倾覆力矩峰值和内罐壁等效应力最大值均有不同程度的减小,而最大晃动波高增大。另外还讨论了不同保温层刚度对LNG储罐地震响应的影响,通过对比发现,保温层刚度对储罐的地震响应具有重要的影响,随着保温层刚度在一定范围内的增加,基底剪力峰值、倾覆力矩峰值和最大晃动波高变化较小,但内罐壁等效应力最大值减小明显。     

边界摩擦条件下含有预紧的对合碟簧隔振单元的振动特性

为研究对合碟簧的摩擦对隔振单元振动特性的影响,设计了一种存在预紧的对合碟簧隔振单元,建立了考虑边界摩擦条件下对合碟簧组的刚度模型。通过准静态加载试验验证了该刚度模型的正确性;并提出了该碟簧隔振单元的非线性动力学模型,应用平均法对对合碟簧隔振单元的自由振动进行分析,得出影响系统自由振动频率的各项因素;对基础激励下对合碟簧隔振单元的受迫振动进行分析计算。结果表明:在小位移振动条件下,该碟簧隔振单元可近似等效成非线性黏性阻尼系统,且附加支持力系数仅影响系统脱离频率,刚度三次项系数值的选取越大越不利于系统隔振;在大位移振动条件下,计算得到了系统存在异常跳跃状态与全频域内传递率系数T′d≤0状态,并说明这两种状态与黏性阻尼系数以及附加支持力系数间的联系。     

Uncertainty quantification and seismic fragility of base-isolated liquid storage tanks using response surface models

Seismic response of base-isolated liquid storage tank is represented using response surface model (RSM) to consider the uncertainty in the isolator parameters. The effectiveness of RSM to represent the probability distributions of the peak seismic response quantities of the base-isolated liquid storage tank is studied in the framework of Monte Carlo (MC) simulation. Broad and slender configurations of the tanks isolated by lead–rubber bearing (New Zealand – NZ system) characterized with non-linear force-deformation behavior is considered in the present study. The influence of the uncertain isolator parameters on the seismic response of the base-isolated liquid storage tanks is investigated. Subsequently, seismic fragility of the base-isolated liquid storage tanks is evaluated using the RSM based MC simulation. The RSM estimates the non-linear seismic response of the base-isolated liquid storage tanks with sufficient accuracy. It is observed that the uncertainties in the isolator parameters significantly influence the peak response quantities of the base-isolated liquid storage tanks. The effectiveness of the base isolation technique, in terms of the reduced probability of failure, is observed by comparing the fragility curves for the fixed-base and base-isolated liquid storage tanks. It is also observed that increase in the isolation time period decreases the probability of failure for the base-isolated liquid storage tanks. It is concluded that the peak ground acceleration (PGA) of the earthquake ground motion can be included in the RSM to reduce the computational efforts for seismic fragility analysis.     

剪切波作用下盾构隧道地震效应的拟静力分析方法研究

针对均质土层中圆形盾构隧道在水平剪切波作用下的地震响应分析问题,在获得隧道周边自由场剪切应力的基础上,利用弹性中心法和空洞复变函数,给出了深埋盾构隧道在土层结构界面滑移和不滑移情况下的解析分析公式;并建立相同条件的等效刚度数值分析模型和考虑接头效应的有接头分析模型进行对比。研究表明:等效刚度拟静力法与等效刚度数值法所获得的剪切地震波作用附加弯矩、附加轴力分布形态及其最大值发生位置都具有良好的一致性;在三种方法获得的附加弯矩和附加轴力当中,等效刚度拟静力法最大,等效刚度数值法次之,有接头数值法最小;土层结构界面滑移相对不滑移而言,附加轴力偏小、附加弯矩偏大;等效刚度拟静力法结果偏于安全,公式简便,考虑界面滑移时更加接近实际,故可推荐考虑滑移条件的等效刚度拟静力法作为深埋圆形盾构隧道的抗震设计方法,并与常时荷载静力分析结果叠加后进行配筋设计。     

高速列车荷载作用下无砟轨道地基竖向耦合动力响应研究

建立高速列车荷载作用下车辆系统-无砟轨道-地基耦合动力模型,通过Fourier变换求解弹性半空间地基土体的动力控制方程,同时根据轨道底座与半空间的接触条件得到了弹性半空间表面竖向位移在频域内的表达式,再采用快速Fourier 变换求得了时域内的土体位移解。结合算例,分析了列车速度、轨道结构参数等因素对地基动力响应的影响。研究结果表明:板下调整层弹簧刚度系数越大,地基土动力响应越大,地表振动越大;底座弯曲刚度越大,地基土动力响应越小;随着列车速度增加,地基土动力响应增大;距离轨道中心处越远,地基土动力响应越小。     

薄壁曲线箱梁考虑材料弹塑性的剪力滞效应

依据势能变分原理,推导了薄壁曲线箱梁考虑翼缘应力剪力滞效应和材料非线性的刚度矩阵。采用样条有限点法和截面内力塑性系数法对薄壁曲线箱梁的弹塑性问题进行了求解。研究表明:弯曲剪力滞效应系数的非线性特征较挠度和扭转角的要明显;在荷载达到一定程度时,随荷载的增加,箱梁截面上的翼缘应力的分布逐渐均匀。该文的方法简单、实用,并可推广于变截面、变曲率薄壁曲线箱梁的计算。     

Noise due to sloshing within automotive fuel tanks

The effect of liquid sloshing upon the acoustics of automotive vehicles is becoming more pronounced with the increasing size of fuel tanks and the recent progress in minimising tyre, engine and aero-acoustical noise generation. This paper deals with experiments and numerical simulations of sloshing in automotive fuel tanks. A correlation between recorded slosh noise and simulated pressure fluctuations within the sloshing liquid is derived. The presented numerical simulations are based on the volume-of-fluid method and are able to track the free-surface-flow within complex fuel tank shapes subjected to arbitrary outer acceleration profiles. Some typical applications of the numerical approach are presented, too.     

液体大幅晃动中的动平衡位置研究

液体在外部激励作用下发生大幅晃动时,晃动特性及响应将呈现一定的非线性,无法直接用传统等效力学模型进行描述。针对不同形状贮箱内液体在大幅晃动中的平衡位置变化进行了研究,从而为复合等效建模提供基础。首先考虑恒定激励,研究了轴对称贮箱及非轴对称贮箱内液体的动平衡位置,针对不同贮箱特点提出了平衡位置跟随等效重力部分的液体模型与动平衡位置描述方法,并进行了推导与CFD对比验证。其次,考查了时变激励下液体动平衡位置描述效果,针对上述贮箱形状分别进行了CFD仿真对比,验证了动平衡位置描述的正确性。最后,对该方法进行总结并对改进方向进行讨论。