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。     

储液结构隔震优化模型及其影响参数分析

针对储液结构地震响应包括储液部分的刚体运动、中高频的冲击运动和低频的对流运动以及下部支撑部分的结构运动,导致该系统对频带宽、随机性强的地震动响应敏感,该文从概率优化的角度探讨基础隔震、层间隔震和非隔震储液结构的地震响应及其参数影响规律。基于Haroun-Housner储液结构动力模型,建立并给出了非隔震模型、层间隔震模型、基础隔震模型的动力控制方程。提出以其基底剪力的均值和标准差作为优化目标函数,以隔震层周期作为优化变量的优化模型,并在MATLAB软件平台上实现了该模型。通过单参数影响分析,研究了水箱结构与下部支撑结构的重量比、下部支撑结构的刚度、水箱结构储液高度与半径比、场地变化等因素对各种模型地震响应的影响。该研究成果对隔震技术在储液结构中的应用、提高储液结构的抗震性能等方面具有参考价值。     

带环形刚性隔板和基础隔震储液罐的动力响应

为了研究带环形刚性隔板和基础隔震的储液罐在地震激励下的动力响应,首先基于流体子域法求得带刚性隔板圆柱形储液罐中流体晃动的固有频率和模态。引入时变广义坐标,利用分离变量法和振型叠加原理得到各子域内流体速度势函数的解。将流体速度势函数代入自由液面方程,利用流体自由晃动模态的正交性和达朗贝尔原理,建立带环形刚性隔板和基础隔震的圆柱形储液罐在水平激励下的动力响应方程。地震响应结果表明,当隔震支座周期较小时,隔震支座接近于刚性,带环形刚性隔板和基础隔震的圆柱形储液罐的动力响应结果和无隔震时的结果基本吻合,验证了该动力响应方程的正确性,并详细讨论了隔震支座和隔板的参数对整个系统动力响应的影响。     

发展附加质量模型应用于储液罐的动力分析

提出一种新的用于表述附加质量分布规律的公式和有限元单元模型,接入ABAQUS有限元软件对储液罐动力试验模型进行了数值模拟,分析对比了弹塑性屈曲“象足效应”和“钻石效应”的实验数据,证明所提出的附加质量公式是合理和有效的,并指出原经验公式在分析动水压力问题时的缺陷。模拟中考虑了储液罐壁动力响应加速度的方向对液体惯性作用力的影响,从而准确地模拟了储液罐壁与液体的相互作用。动力时程和频率响应的定量分析表明:地震荷载对储液罐计算模型所做的外力功是导致罐壁塑性变形、产生“象足效应”的决定性因素。     

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。     

双向耦合效应对FPS隔震桥梁地震响应的影响

利用两正交水平方向力的作用条件下FPS支座非线性动力行为的双向耦合弹塑性恢复力数学模型,针对一典型大跨度FPS隔震连续梁桥,对比了在墩高、球面半径和支座屈服强度等参数变化的情况下,考虑和忽略FPS支座恢复力的双向耦合作用时桥梁的非线性时程响应结果。研究表明这种双向耦合作用对隔震桥梁的地震响应有着重要的影响,如果忽略双向耦合作用,会大大低估支座变形的峰值响应,这对隔震桥梁设计是不利的。     

近场地震下层间隔震偏心结构的减震控制

提出了近场地震分析模型,建立了层间隔震偏心结构平-扭耦联运动方程。基于三刚片系简化模型分析了偏心参数对层间隔震偏心结构的影响规律,定量分析了近场地震中脉冲分量对层间隔震偏心结构地震反应的作用效应。研究了在隔震层附设黏滞阻尼器的参数优化规律并对某典型算例进行了仿真分析。结果表明,在层间隔震体系隔震层处设置参数合适的黏滞阻尼器可有效地控制上部结构、隔震层与下部结构结构的地震响应,减小结构的基底剪力,对改善层间隔震偏心结构的地震安全性具有非常重要的作用。     

RC 隔震框架缩减自由度子结构耦合混合试验研究

本文提出基于 GPU 并行计算、缩减自由度及考虑隔震支座非线性耦合力学特性的隔震结构混合试验模拟方法,准确地评估地震作用下隔震层橡胶隔震支座与上部结构耦合的真实响应特点。通过数值模拟的方法对上部结构各楼层的恢复力性能进行分析,将上部结构简化为非线性 MDOF 剪切模型;结合隔震支座的拟静力试验建立考虑非线性耦合的隔震支座模型,得到该结构的缩减自由度子结构耦合混合试验数值模型,通过橡胶隔震支座的动力试验和子结构交互计算进行不同地震作用下 RC 隔震框架的混合模拟试验研究。试验结果表明：10 层 RC 隔震结构的混合试验中,隔震层变形与数值模拟计算结果吻合较好,利用混合试验方法对结构自由度进行缩减,既能较好地还原上部结构的动力特性,也能得到橡胶隔震支座在地震作用下的真实响应,且保证了较好的分析速度和精度。     

三维地震下层间隔震高层建筑结构地震响应研究

实际地震具有多维特性,只考虑水平地震作用往往不够真实全面。基于此,建立某高层框架-核心筒层间隔震结构模型,在8 度罕遇地震下,输入一维、二维、三维地震,对设置传统水平隔震支座的层间隔震高层建筑结构,进行动力弹塑性时程分析。三维地震激励下,层间隔震高层建筑结构地震响应增大,采用传统水平隔震支座容易出现拉应力超限问题。针对边缘隔震支座出现的拉应力超限问题,设置三维隔震支座结构,并与传统水平隔震支座结构进行分析对比。结果表明：采用三维隔震支座后,解决了拉应力超限问题;结构的层间位移、基底剪力、楼层加速度均明显减少且结构核心筒损伤程度减轻,并且对竖向地震力也具有良好的控制效果,说明三维隔震支座隔减震性能优于传统水平隔震支座。