桩基隔震储罐地震响应参数影响分析

为了分析桩基隔震层参数对储罐地震响应的影响,以15×104m3立式储罐为研究对象,桩基和隔震层采用弹簧单元,罐体采用壳单元,流体采用势流体单元,基于ADINA三维有限元分析程序建立有限元模型,应用Newmark数值积分方法,选取不同隔震层参数进行地震响应分析。结果表明:随着阻尼比的增大,有效动应力的减震效应降低,建议考虑桩土基础隔震储罐的隔震层阻尼比取ξ在0.1~0.3范围内为宜;随着隔震周期的加长,有效动应力峰值在降低,建议取隔震周期为2~3s;储罐抗震减震设计时,应选择统计意义上与抗震设计反应谱相符合的多条地震波进行地震响应均值分析。     

铅芯橡胶支座参数对隔震储罐地震响应的影响

利用Bouc-Wen模型模拟铅芯橡胶支座的力-变形非线性行为,研究了两种高径比铅芯橡胶支座(LRB)隔震储罐的地震动力响应特征,系统探讨铅芯橡胶支座动力参数对隔震储罐地震反应的影响规律.研究表明:基底设置铅芯橡胶支座后,储罐有良好的减震效果,减震效果评价指标基底剪力、支座位移、晃动波高都得到有效控制.隔震频率是影响LRB隔震储罐减震性能的主要参数,屈服强度参数、支座阻尼比影响次之.增大支座屈服强度可增加有效隔震频率范围,降低支座位移,但不一定能起到降低波高作用.高隔震频率、无阻尼比工况时,储罐地震响应远超过未隔震时响应;增大阻尼比可同时降低支座位移和晃动波高.在高隔震频率下,存在最优屈服强度和阻尼比,使得基底剪力最小.为使隔震支座发挥最大减震作用,应根据储罐不同高径比特点来优化配置铅芯橡胶支座参数.     

大型液化天然气储罐隔震体系地震响应分析及经济评价

以山东青岛某液化天然气(LNG)储罐为背景,首先采用ADINA软件建立了LNG储罐三维模型,对隔震和非隔震储罐进行模态分析,然后分析不同形状系数隔震支座储罐的地震反应,并研究隔震支座参数对储罐隔震效果的影响,最后对采用隔震支座储罐的经济效益进行初步评价。研究结果表明:采用隔震装置可以降低储罐的自振频率,减小内罐和外罐的加速度、等效应力响应,但应注意隔震体系自振周期的延长将导致液体晃动波高的增加对罐顶的影响;隔震频率和阻尼比对储罐地震响应影响明显;采用隔震支座不但减小了地震反应,同时也降低了储罐的造价。     

考虑竖向地震的液化天然气提离储液罐动力响应分析

采用有限元方法建立了液态天然气储液罐模型,考虑流固耦合作用,通过接触方法实现了支承柱的负向位移约束并允许正向提离,完成水平单向地震作用下的动力分析,结合竖向地震进行对比,得到了锚固罐和带耗能柱脚阻尼器提离罐的地震响应,主要包括结构的位移、罐壁的等效应力、支承柱的内应力、基底剪力、倾覆弯矩和液体晃动以及支柱的提离。结果表明:柱底提离能有效降低结构应力,竖向地震对提离储液罐的动力响应有放大作用。     

隔震支座水平刚度变化对隔震效果的影响分析

隔震结构的水平刚度近似取隔震层的刚度,因此,隔震支座的水平等效刚度直接影响隔震效果。采用有限元结构分析软件SAP2000,建立5组不同支座刚度的隔震结构分析模型,分析模型在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应,对比不同支座刚度下隔震结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移的变化情况。研究结果表明:隔震支座水平刚度的变化对结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移均有较大影响,合理选取支座刚度,从而取得更好的隔震效果。     

隔震支座主要参数对基础隔震结构双向地震响应的影响

为研究不同场地类型隔震支座主要参数(等效水平刚度Kf、屈服前刚度K1和屈服力Qd)对基础隔震结构双向地震响应的影响,设计Kf、K1或Qd不同的18栋基础隔震结构,基于SAP2000软件,对各隔震结构分别在不同场地类型的4组地震动作用下的双向地震响应进行分析。结果表明,隔震支座参数对不同场地类型的基础隔震结构在双向地震作用下的加速度最大值和基底剪力最大值均有显著影响,但其对基础隔震结构隔震层位移最大值的影响需根据场地类型具体考虑;在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地上,随着Kf、K1和Qd增大,基础隔震结构的加速度最大值和基底剪力最大值均呈明显的上升趋势,但对隔震层位移最大值的变化影响较小;在Ⅳ类场地上,不同隔震支座参数对隔震层位移最大值的影响较大,且有明显的规律性,即随着Kf、K1、Qd的增大,隔震层的位移峰值迅速减小,最大减幅达80%以上。     

增设负刚度阻尼装置的隔震储液罐减震性能分析

大型储液罐在能源、化工与核电等领域应用广泛,且易在强震作用下发生破坏,严重威胁公众的生命与财产安全。采用传统隔震技术能够有效减少储液罐在强震作用下的基底剪力与倾覆弯矩,但仍难以有效控制内部储液的低频晃动响应。本文提出了一种在隔震储液罐的隔震层中增设新型负刚度阻尼装置的性能提升方法,系统地研究短周期和长周期地震动作用下隔震储液罐的抗震性能提升效果。通过建立考虑高阶晃动模态的储液罐简化分析模型,对比分析了分别采用本文方法与传统方法的受控储液罐强震响应;算例结果表明：本文方法可以有效控制储液罐基底剪力和内部储液的晃动响应,能够综合提升储液罐的抗震性能。     

隔震结构不同阻尼比地震影响系数曲线的改进研究

对我国现行建筑抗震设计规范中不同阻尼比隔震结构的地震影响系数曲线进行了研究。对于隔震结构的计算分析,规范建议采用时程分析方法进行求解;在特定情况下,也可根据规范中不同阻尼比结构的地震影响系数曲线,采用简化的等效线性化方法进行迭代求解。建立了一个典型的采用叠层橡胶支座隔震的12层钢筋混凝土结构;分别采用等效线性化方法和时程分析方法,对隔震层位移、基底剪力等进行分析和比较。发现等效线性化方法的隔震分析结果相对于时程分析方法严重偏大,说明当结构阻尼比大于0.05时,我国规范的阻尼调整系数值过于保守。在此基础上,对规范中地震影响系数曲线采用的阻尼调整和形状参数提出了改进建议。在不同的场地类别和地震分组情况下,改进后的等效线性化方法的计算精度均得到了很大提高,可以准确计算隔震结构的基本动力响应。     

底部框架双功能减震结构减震参数的取值分析

采用随机振动理论,对底部框架双功能减震结构进行地震激励下的位移响应方差分析,探究该结构减震参数的合理取值。本文在底部框架中设置粘滞阻尼器,在上部砌体底部设置隔震装置构成底部框架双功能减震结构。本文建立振动方程,利用随机振动理论,导出下部框架和上部砌体结构的位移响应方差,通过非线性数学规划法对该位移响应方差最小值进行优化分析,给出了底部框架等效阻尼比、隔震层阻尼比、上下部结构自振频率比及质量比对上下部结构位移响应方差的影响规律。结果表明:底部框架等效阻尼比取值应在0.30左右,隔震层阻尼比取值宜在0.20~0.40之间,上下结构自振频率比取值不宜超过1.0,且上下结构质量比超过一定范围,增大质量比,位移响应方差越大。分析表明,底部框架双功能减震结构应综合考虑各减震参数之间的相互影响,对各减震参数宜优化取值。     

竖向地震动对摩擦摆隔震LNG储罐地震响应的影响

为了研究竖向地震动对摩擦摆隔震LNG储罐地震响应的影响,由摩擦摆的滑块受力平衡推导出考虑竖向地震动的摩擦摆隔震系统的水平力与位移的滞回关系与隔震周期,指出LNG储罐考虑竖向地震动的必要性。引入由碟形弹簧和摩擦摆组合而成的三维基础隔震系统,讨论不同竖向地震动强度对LNG储罐的地震响应的影响,研究结果表明:LNG储罐地震响应必须考虑竖向地震动,尤其是竖向地震动强度较大时;竖向隔震周期0.4s,或者竖向阻尼比0.2～0.3,或者减小摩擦摆的摩擦系数与曲率半径,可以有效地降低竖向地震动对LNG储罐地震响应的影响。     

低矮砌体结构隔震与非隔震振动台对比试验研究

摘要： 为将橡胶支座隔震技术应用到在我国村镇低矮砌体结构房屋,在室内地坪以上设置隔震层,设计和制作了隔震与非隔震结构模型试件,对其进行振动台对比试验。模型选取未设置构造柱圈梁的两层砖砌体结构,采用1/2的缩尺比例制作。通过对隔震和非隔震结构模型的动力特性、加速度反应、层间位移反应、层间剪力和结构剪重比进行对比分析,研究了低矮砌体结构隔震技术的减震效果,验证了相应构造措施的适用性。振动台试验表明：隔震结构模型在峰值加速度800gal（相当于10度设防）的地震波激励下,没有开裂和破坏,支座复位情况良好;设置隔震层可有效降低结构的自振频率,对加速度、层间位移、基底剪力的减震效果明显,在输入峰值加速度400gal的地震波时,顶层加速度减震率达67%,层间位移减小率为34%,基底剪力减震率达68%;随着地震动强度的增加,隔震结构的减震效果呈增加趋势。研究结果为低矮砌体结构民居隔震技术的应用和相关标准的编制提供参考。     

Equivalent linear stochastic seismic analysis of cylindrical base-isolated liquid storage tanks

Seismic performance of cylindrical liquid storage tanks base-isolated by bilinear bearings is investigated. The paper displays a stochastic parametrical study in which three design parameters, namely isolation period, yield strength and viscous damping ratio, characterizing the isolation system are taken into consideration. The earthquake excitation, modeled as a stationary random process, is characterized by a power spectral density function calculated via a compatible seismic design spectrum. The stochastic response of the base-isolated cylindrical tanks is obtained by the convolution between the frequency response function of the system and the input power spectrum. To determine effective damping and stiffness coefficients corresponding to the equivalent linear system a statistical linearization scheme was used. For the purpose of evaluating the seismic behavior under different conditions, two liquid levels (aspect ratios) and soil types (soft and stiff soil) were considered.Thus, the study demonstrates the influence of each characteristic parameter of the isolation system and soil conditions on the response of cylindrical base-isolated tanks and principally allows visualizing the seismic performance that can be achieved through the selection of those parameters under certain soil conditions. Further, it is confirmed that soft soil conditions amplify the overall response of the system specially the base and sloshing displacements, as well as the normalized base shear to a lesser extent.     

某工程基础隔震动力时程分析

本文介绍了某实际多层框架结构基础隔震的设计分析过程,利用有限元分析软件分析了框架结构隔震前后的自振周期,对比了在不同地震波作用下的位移、剪力等动力响应,藉以评价隔震层的减震效果。分析结果表明,隔震层可有效延长结构的自振周期;隔震结构在地震作用下的剪力、位移等反应均明显小于非隔震结构。     

Influence of openings on seismic performance of masonry building walls

In the present study, finite element analysis has been carried out for a single storey one-room masonry building with different aspect ratios and with different positions of openings in different walls subjected to the seismic force with varying direction. The response spectrum method has been employed for its seismic analysis. The variation of two most critical parameters namely, maximum principal tensile stress and maximum shear stress has been studied for monitoring the performance of masonry walls. It is observed from the present study that the critical direction of seismic force for the development of maximum stresses in the walls of a room with openings is along the short wall of the room and maximum principal tensile stress and maximum shear stress developed in the shear walls generally increase as the aspect ratio of the building increases and it is greatly influenced by the position of openings. It is also observed that the maximum principal tensile stress occurs in short wall and maximum shear stress occurs in long wall.     

高层建筑结构刚度退化与地震作用响应关系的理论分析

弹塑性分析方法是基于性能抗震设计的重要手段，由于影响该计算结果的因素较多，对分析结果可靠性的合理评判至关重要。从理论角度给出了高层建筑结构在地震作用下刚度退化系数和弹塑性耗能附加阻尼的定量关系，在此基础上推导了结构的内力响应和位移响应随刚度退化而发生变化的计算式，并分析了结构自振周期、初始阻尼比及场地特征周期等参数的影响规律。同时讨论了内力响应与位移响应趋势不一致以及弹塑性分析的基底剪力响应大于相应弹性结果等两类不满足基本规律的特殊问题。最后，通过对一个实际工程进行罕遇地震作用下的弹性与弹塑性时程分析，得到基底剪力和位移的响应，同时运用本文推导的理论计算式进行计算，结果显示，计算结果与有限元分析结果基本吻合。研究成果可为基于性能抗震设计以及弹塑性时程分析的结果评判提供参考。     

隔震结构振型分解反应谱计算方法研究

隔震结构采用分离式计算方法进行结构设计,由于使用统一的减震系数,部分楼层剪力调整偏大。采用振型分解反应谱法,将隔震层和上部结构作为整体结构进行分析可有效解决这一问题。然而隔震层的阻尼与上部结构显著不同,隔震结构是一个不同阻尼的组合体。采用振型分解反应谱法进行结构整体分析时,计算隔震结构的振型阻尼比,是计算地震作用的关键。采用能量法,推导出隔震结构振型阻尼比的计算公式,并对其进行简化。结合GB 50011-2010《建筑结构抗震规范》反应谱,给出了适用于隔震结构整体模型的振型分解反应谱地震作用计算方法。对一栋16层隔震框架结构地震作用分析表明,按振型分解反应谱法计算得到的结构基底剪力与时程分析的结果基本相符。     

Behaviour of liquid storage tanks with VCFPS under near-fault ground motions

Earthquake response of slender and broad liquid storage steel tanks isolated with variable curvature friction pendulum systems (VCFPSs) is investigated under near-fault motions. The tanks isolated with VCFPS are idealised with three-degrees-of-freedom associated with convective, impulsive and rigid masses. The frictional forces mobilised at the interface of the VCFPS are assumed to be velocity independent. The governing equations of motion of isolated tank are derived and solved in the incremental form using Newmark's method. For comparative study, the seismic response of liquid storage tanks with the VCFPSs is compared with that of same liquid storage tanks isolated using the friction pendulum systems (FPSs). The seismic response of isolated liquid storage tanks is also compared with that of the non-isolated tanks. Further, a parametric study is carried out to critically examine the behaviour of liquid storage tanks isolated with the VCFPSs. The important parameters considered are the friction coefficient of VCFPS, the fundamental period at the centre of the sliding surface of VCFPS and the tank aspect ratio. It is observed that under near-fault ground motions, the VCFPS is quite effective in controlling the seismic response, viz. the base shear, the sloshing displacement and the impulsive displacement, of liquid storage tanks.     

基础隔震结构中上部结构与隔震层的刚度比限值研究

以控制结构变形为目标,将上部结构刚度与隔震层刚度的比值定义为隔震刚度比,作为反映上部结构与隔震层协同变形特点的指标。假定上部结构的地震作用沿高度为矩形分布,在一般结构单质点简化方法基础上提出一种隔震结构动力分析的等效简化方法。进一步分析双自由度等效模型的刚度影响和动力特性,以隔震刚度比的形式解释了结构位移需求、位移分配函数以及隔震刚度比对结构抗震性能的影响。基于抗震性能,推导出结构位移需求与周期关系式、临界隔震刚度比表达式、最大和最小隔震刚度比限值表达式。选取不同结构高度、地震烈度、阻尼条件等计算了上部形式为框架、框-剪、剪力墙结构的三类隔震结构在罕遇地震作用下的隔震刚度比限值。结果表明,一般隔震结构的隔震刚度比限值不宜小于4,低多层隔震结构主要由最小隔震刚度比控制,高层隔震结构在特定条件下需要满足最大隔震刚度比限值。计算结果整理成表格可供设计参考。     

基于ABAQUS的高层隔震剪力墙结构转换梁内力分析

在带转换层的框支剪力墙结构中,应用基底隔震技术,形成带转换层的框支剪力墙隔震体系。在地震作用下,该体系内力传递途径复杂,得到转换梁、上部剪力墙和隔震支座的受力特点和内力变化规律是该类结构体系成功设计的关键。首先利用有限元软件ETABS对高层框支剪力墙隔震结构进行地震反应分析,然后取三维ETABS模型隔震层、转换梁及上部3层剪力墙组成二维ABAQUS简化模型,分别对剪力墙满跨、中跨和边跨布置的转换梁进行分析,研究了转换梁上部剪力墙、转换梁及隔震支座的内力变化规律。结果表明：三维模型结构在地震作用下,上部结构在水平地震作用可以按抗震设防烈度降低1度进行设计,隔震层最大位移满足支座最大容许位移的要求;二维简化模型结构在外荷载作用下,抵抗水平荷载的能力更好;不同布置的剪力墙与转换梁共同作用抵抗外部弯矩和剪力,剪力墙中跨及满跨布置时,转换梁出现应力集中,边跨布置时剪力墙出现应力集中,隔震设计时应对转换梁与剪力墙进行承载能力验算。     

Damping enhancement of seismic isolated cylindrical liquid storage tanks using baffles

The effect of baffles in reducing earthquake responses of seismically isolated cylindrical liquid storage tanks is investigated in this study. Seismic isolation is a well-known approach to reduce the earthquake effects on structures by lengthening their fundamental natural periods at the expense of larger displacements in the structural system. To reduce such effects in a system a higher damping ratio is required. In moving liquid containers, baffles play an important role in damping the liquid motion. Thus to study the effects of using baffles in seismically isolated tanks, in the first instance the velocity contours in a cylindrical tank are analysed to determine the most effective shape of baffle. Next, the damping coefficients are analytically determined for horizontal ring shape and vertical blade shape baffles. To estimate the sloshing height level and the damping ratio, a methodology, based on Tank Body Spectra, is developed in which the higher sloshing amplitude and the relative fluid velocity with respect to baffles in base isolated tanks are taken into consideration. A computer program is developed to put all these together and investigate the effect of baffles for different tank dimensions under the effect of four different earthquakes. The results show that the average damping ratio of sloshing mode due to ring baffle increases with a decrease in liquid height and highest damping may be achieved for height to radius ratios of between 1.0 and 1.5. In addition, for reasonable ring baffle dimensions, an average reduction of 6% in base displacement of base isolated tanks and an average reduction of more than 30% in the sloshing height of base isolated and fixed base tanks may be achieved. To study the effect of baffles on the distribution of hydrodynamic and tank body forces with height, a simple dynamic model is proposed. The results of analyses using this model indicate a constant reduction in sloshing forces and different reductions in moment and shear forces for different heights. This happens because contribution of the sloshing force to the total hydrodynamic force varies with height.