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。     

水平地震激励下卧式储罐考虑储液晃动的简化力学模型

立足于卧式储罐抗震设计,从横向与纵向两个地震动激励方向推导了卧式储罐抗震设计的简化力学模型。首先采用速度势刚性理论,根据边界条件推导出合理的势函数,并将半解析半数值的数学模型参数化,拟合得出简单的参数公式,并根据基底剪力及倾覆弯矩表达式构建了便于工程应用的卧式储罐考虑储液晃动简化动力学模型。其次采用微分原理推导了卧式储罐在轴向地震动作用时的简化力学模型,利用等效原则进一步简化了简化力学模型的计算过程。最后选取工程实例,进行了理论数学模型与有限元数值仿真模拟计算结果的对比分析,有限元解与数值解最大差异率未超过15%,由此进一步佐证了所构建的简化力学模型的可靠性。     

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。     

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。     

储液罐非线性简化模型及主共振研究

目前国内外采用的储液罐简化模型多为基于线性理论的弹簧-质量系模型,该模型在外激励远离对流固有频率时是有效的,但当外激励接近对流固有频率时不适用。该文提出一种适用于圆柱形储液罐简化计算的非线性单摆系模型,该文首先应用拉格朗日法建立了相应的非线性运动方程,然后采用多尺度法对方程的主共振进行了分析,求得其一次近似解和幅频响应方程,并讨论了定常解的稳定性。以某特大型LNG储罐为例运用此方法进行了数值模拟分析。分析结果表明:模型主共振呈软式非线性特性;储液高度的降低会加剧系统的非线性反应,当储液高度为储罐总高度的一半时,主共振会出现峰值现象;与以往试验研究结果对比可以看出该文模型适用于计算储罐系统在外激励频率接近对流频率时的共振响应。     

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%。     

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。     

生产储油平台储罐液体晃动分析

旅大PSP平台为储罐、工艺设备、火炬、电站等一体化平台,为国内最大的生产储油平台,储罐液体内液体的晃动不仅会对储罐造成损坏,还可能会影响到生产储油平台的整体结构安全。因此需要对储罐晃动开展全面的结构影响分析与校核计算。ANSYS软件能够考虑储液和储罐外壁的动液耦合,模拟储罐内液体晃动对储罐结构的影响。储罐内液体的晃动分析可以广泛地应用于储罐安全评估工作中。     

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。     

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。     

中浓纸浆输送系统储浆罐的自振特性分析

为了研究对中浓纸浆输送系统储浆罐的固液耦合自振特性问题。利用ANSYS软件建立有限元简化模型,采用缩减法对储罐的自振特性进行分析,提取前30阶模态并给出部分模态的三维振型图。结果表明,储罐模态振型呈环向多波形式,罐内中浓纸浆悬浮液的晃动幅度呈中心弱,四周强的趋势。分别采用有限元计算方法和现行标准中理论公式的计算方法对系统固有频率进行求解,发现两种方法计算的结果基本一致,表明文中所建有限元模型是合理的,为该储罐动力分析的进一步研究提供依据。     

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。     

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。     

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。     

基于概率密度演化的带有环形隔板圆柱形罐体中流体的晃动研究

考虑大型储油罐在地震荷载作用下罐体中流体晃动对设备造成的严重影响,工程上常采用防晃板来抑制液体的晃动,其中以环形防晃板的应用最为广泛。基于概率密度演化理论分析了带有环形隔板罐体中流体的晃动响应。首先介绍了求解罐中流体晃动响应的"流体子域法",介绍了广义概率密度演化方程及其差分解法;然后总结了对罐中流体晃动响应进行概率密度演化分析的基本步骤;最后通过算例得出流体液面波高的均值与方差,得到波高峰值出现的时间以及最大波高峰值,这使得对流体晃动响应的把握更为精确,也为储液罐及防晃板的精细化设计提供了依据。     

基于附加质量法的大型固定顶储液罐基底隔震分析

鉴于目前储液罐基底隔震研究多采用一维简化的Haroun-Housner模型,基于附加质量法,考虑液体对流质量和脉冲质量,建立储液罐三维简化的附加质量模型。通过分析比较相同地震激励下不同高径比储液罐罐的Haroun-Housner模型、附加质量模型和流固耦合模型的动力响应,验证了附加质量模型的合理性。针对某大型固定顶储液罐,基于此简化模型,基底引入FPS隔震支座,系统地研究了基底隔震储液罐在不同场地条件下的非线性地震动力响应。分析结果表明:FPS隔震支座对储液罐地震响应有很好的控制作用,有效地降低了液体脉冲分量的运动,避免了罐壁发生屈曲破坏,但放大了液体对流分量的运动。     

渡槽结构考虑流固耦合的横向地震响应简化计算公式

渡槽是输水工程中的控制性工程,在地震中容易发生破坏,导致沿线供水中断。虽然大量渡槽已经建成并投入使用,但关于渡槽的抗震研究还不够完善,在国内还没有统一的渡槽抗震简化计算方法。该文以流固耦合动力学为基础,结合反应谱理论,推导了渡槽横向地震响应的简化计算公式,并与非线性流固耦合有限元时程分析进行对比。对比结果表明:该文提出的简化计算方法可以快速计算渡槽的横向地震响应,计算结果不仅能够有效反映水体晃动对渡槽结构的减震作用,且与数值分析结果吻合较好。