立式储罐钢筋环梁基础隔震模拟振动台试验研究

为降低储罐隔震基础的工程造价,构建出应用于储罐的钢筋环梁隔震基础。同时针对1 000 m3储罐,根据相似比理论设计1∶5缩尺模型,以隔震周期为0.5 s设计环梁隔震基础。选取四种不同频谱特性的地震波,采用振动台试验方法,对模型罐进行加速度、位移以及晃动波高等地震响应分析,并与储罐基础隔震基本理论和有限元数值仿真分析方法进行对比。结果表明:钢筋环梁隔震基础能够有效降低储罐的地震响应,但晃动波高有所放大;三向地震激励与单向地震激励相比,加速度地震响应明显放大,但对晃动波高影响较小。试验解、理论解和有限元解三者互相验证。建议储罐隔震设计应考虑三向地震激励的影响,但晃动波高可仅按水平地震作用计算。     

LNG储罐桩基础隔震长周期地震作用效应分析

为了研究在长周期地震动作用下桩基础-隔震层的相互作用对16×104m3LNG储罐地震响应的影响,本文利用有限元分析软件ADINA进行数值仿真分析,考虑流体的微可压缩性,储液采用FCBI流体单元,输入峰值为0.2g的El Centro位移波和Tcu068位移波,对不考虑桩土不隔震、隔震和考虑桩土不隔震、隔震4种工况储罐的地震响应进行分析。结果表明:采用隔震措施后可以有效降低长短周期地震动作用下储罐的地震响应,但是短周期地震动作用下的隔震效果更为明显,长周期地震动会引起较大的晃动波高。此外,非隔震情况下考虑桩土效应后,地震响应峰值会有所降低,隔震时考虑桩土效应会加大地震响应峰值,由此说明非隔震时不考虑桩土效应的设计方法偏于保守,隔震时考虑桩土效应是安全的设计方法。     

模型储罐三维地震反应振动台试验研究

针对立式钢制模型罐,进行了三维地震激励和一维地震激励振动台的动响应试验研究。结果表明:储罐在三维地震动激励下的反应与一维激励相比,加速度反应、罐壁的应变反应、储罐提离反应具有较明显的放大效应。位移反应在不同地震激励下,其放大效应不同,El Centro波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移放大明显,Taft、天津波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移有放大也有缩小,幅度均不大。由罐壁测点加速度功率谱分析表明:一维激励其峰值频率区域较为集中,主峰突出,能量主要集中于低频区;在三维地震激励下,频率峰值区域明显拉长,峰值点模糊,频率成份十分丰富,表现出多主峰的特点。     

近场地震下立式隔震储罐试验研究及理论分析

针对近场地震激励下隔震储罐响应的问题,采用简化后的三质点力学模型,分别对铅芯橡胶支座隔震储罐模型在近、远场地震作用下的响应进行了对比分析,并将理论分析结果和振动台试验结果进行了对比。对比结果显示,理论分析得出的加速度响应与振动台试验结果相近,但理论分析结果会略微偏小。进一步的理论分析结果表明:近场地震下基础隔震能有效降低储罐的基底剪力和基底弯矩,而晃动波高有所增大;隔震后储罐加速度峰值位于液固耦合质点附近。     

立式浮顶储罐并联基础隔震模拟地震振动台试验研究

立式浮顶储罐在强震作用下会发生罐壁屈曲、卡顶、浮顶下沉等震害。为降低储罐地震响应,以1 000 m3储罐为原型,按1:5的几何相似比设计缩尺模型,并以隔震周期为0.5 s进行并联隔震装置设计,给出其力学本构关系。采用模拟地震振动台试验方法,选取四种不同频谱特性的地震动对模型罐进行地震响应分析,结果表明:隔震层顶部加速度卓越频率有所降低,周期延长;隔震后储罐加速度、层间位移及动应力地震响应明显降低,但晃动波高有所放大;三向地震激励与单向地震激励相比,加速度地震响应明显放大,对晃动波高影响较小。建议储罐抗震减震设计时应考虑三向地震作用。     

黄土高填方场地地震动参数特性分析

削山造地后形成的黄土高填方场地对地震动参数特性影响较大。以实际工程项目为研究对象,构造不同填土高度的计算剖面,采用一维等效线性化方法计算土层地震动参数,分析基岩地震动输入参数和填土高度对场地地表放大效应的影响。研究表明:场地地震放大系数随填土层的高度增加呈递减趋势。在多遇地震动和基本地震动作用下,场地地震放大系数递减速度比罕遇地震动和极罕遇地震动作用下要大。当填土高度达到一定程度后放大效应趋于平稳;填土高度的变化,会改变地表加速度反应谱的形状。填土高度越大,地表反应谱长周期的频谱成分越显著,反应谱曲线向后移,反应谱峰值点均明显向长周期移动,并出现多个峰值点,反应谱特征周期值变大;下伏基岩的刚度越大,地表峰值加速度的放大效应越大。地表加速度反应谱特征值相比变小。当填土高度增大到一定程度时,下伏基岩的种类对地表地震动特性影响则不明显。该研究成果对高填方场地的地震安全评价和结构抗震设计提供参考。     

竖向地震作用对储液罐地震响应的影响分析

地震作用下大型储液罐的安全问题日益引起重视。基于ANSYS软件建立储罐液体耦合有限元模型,考虑罐底非线性接触效应,以El-Centro南北向和竖直向记录地震波为输入,研究水平激励以及水平和竖向同时激励两种工况下储罐的动力响应。研究结果表明,两种工况下靠近罐底1.2m处均发生了"象足"变形,竖向激励下水平相对位移增加了14%。竖向激励使得罐壁环向应力和轴向压应力均有不同程度的增加。竖向地震激励对液面的竖向晃动影响较小。储液罐底板在地震作用下发生了竖向提离和永久滑移,竖向激励时增长幅度均在10%左右。同时罐体基底剪力在竖向地震作用下也有所增大。储罐抗震设计时应考虑竖向地震分量的影响,研究结论可为立式储罐的抗震设计提供一定的参考和依据。     

基底隔震储罐频率特征与减震机理分析研究

研究不同高径比橡胶基底隔震储罐的频率特征,探讨储罐隔震体系3种不同振动频率随支座隔震频率变化规律.分析在不同频谱特性地震波激励下,隔震体系各振型组分对地震响应(基底剪力、支座位移和晃动波高)的影响,以及响应峰值随支座隔震频率和阻尼比的变化特点.研究表明,基底剪力峰值与场地地震波频谱特性密切相关.支座隔震频率不能完全反映减震机理的实质,隔震振型频率是影响基底剪力的重要参数.在软弱场地上隔震储罐的减震效率低,有效隔震频率范围窄.晃动波高峰值是储罐自振特性和地震波频谱特性等多种因素导致的结果,隔震系统设计时需特别考虑晃动波高增大的影响.     

立式储罐滚动隔震地震模拟振动台试验研究

为了降低强震作用下立式储罐的地震响应,根据机械动力学原理设计了滚动隔震装置,同时,根据相似比理论设计了原型为1 000 m3储罐的1∶4缩尺滚动隔震储罐模型。选取3条位移波作为地震动输入,对滚动隔震储罐模型进行地震模拟振动台试验。试验结果表明:滚动隔震后结构体系的基本周期被拉大,避开了地震动的卓越频率;滚动隔震后沿罐壁高度方向加速度峰值降低明显,减震率最高可达75%;罐壁环向应力在储罐的底部和中上部最大,轴向应力在储罐的底部最大,隔震后均有较大降低,隔震效果明显;不同地震动的隔震效果不同,El Centro波的隔震效果最好,同种地震动作用下随着地震能量的加大,隔震效果降低;滚动隔震不能有效降低晃动波高。建议实际工程应采取控制晃动波高的措施。     

15×10~4 m~3浮放储罐提离研究

为准确模拟及分析15×10~4m~3浮放储罐的提离现象,利用ADINA软件进行势流体、FCBI流体小罐模型地震响应分析,获得的提离高度,提离区域形状与Clough试验结果进行比较,确定出FCBI流体罐模型能较为合理的模拟提离现象,将该建模方法推广至15×10~4m~3浮顶罐与敞口罐,输入加速度峰值为0.4 g的El Centro位移时程并进行地震响应分析,结果表明:在地震作用下,浮顶储罐能够发生罐底提离现象,提离区域为"月牙形",罐底边缘会产生翘起现象,与敞口罐对比发现浮顶能有效抑制晃动波高、减小总倾覆弯矩,但会增大罐壁倾覆弯矩,导致提离高度、接触反力及罐壁轴向压应力增大。     

15×10~4m~3立式储罐隔震设计分析

为了研究15×104m3立式储罐隔震设计影响因素,采用有限元数值仿真技术,分析了隔震刚度、浮顶质量、储液密度、罐壁厚度、罐壁的材料弹性模量、储液高度与罐半径比值对储罐的晃动频率和液固耦合频率的影响并与时程分析对照。结果表明:储罐液固耦合振动频率对隔震刚度敏感,隔震刚度较低时,液固耦合刚度的下降,使基底剪力变小;隔震刚度对储罐的液体晃动频率的影响不大,在一定的隔震周期范围内,波高无放大效应;隔震设计时,浮顶的影响可忽略;储液高度与储罐半径比对储罐的液固耦合频率和晃动频率影响较大,隔震设计时存在优化段;储液密度、罐壁厚度、材料弹性模量,隔震设计时可不考虑其影响,进行地震动台实验时,可考虑用其他材料代替钢材,不影响分析结果。     

浮放储罐三维地震反应有限元分析

针对立式储罐,考虑液固耦合效应、地基与储罐结构的相互作用,采用有限元分析方法,对储罐在三维地震荷载作用下动反应进行了数值分析。分析结果表明：储罐三维地震加速度反应较一维地震加速度反应增加、提离高度明显放大、储罐轴向应力增加、基底剪力与弯矩增大。     

大型立式储罐滚动隔震限位研究

为了避免立式储罐自复位滚动隔震体系的支座位移过大导致支座失效,同时达到在不同地震动作用下,减震效应明显的目的,设计了一种变刚度限位滚动隔震装置,以便适应地震动特性变化以及储液高度变化的影响。利用有限元分析软件ADINA进行数值仿真分析,采用弹簧-阻尼系统模拟隔震层,非线性弹簧单元模拟限位装置,流体采用势流体单元,罐壁采用壳单元,建立15×104m3储罐模型。在加速度峰值为0.4 g不同地震动激励下,尤其是近断层长周期地震作用下,对加入限位装置前后储罐的地震响应进行对比,结果表明:采用限位装置后,支座位移得到明显控制,基底剪力、基底弯矩以及动液压力却都有不同程度的放大,但相比非隔震情况下仍有较好的隔震效果,晃动波高略有增大。建议在采用变刚度滚动隔震措施时,可考虑综合减震方案,优化减震效果。     

对称双斜桩侧向动力响应特性试验研究

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文基于非液化干砂和饱和砂土中对称双直桩和双斜桩电磁式振动台试验,在试验中输入不同峰值加速度的正弦波和不同的地震波形,对比研究非液化干砂和饱和砂土中斜桩横向动力响应特性的不同,主要包括桩头承台加速度和位移幅值与台面输入时程的对比。研究结果表明:无论是正弦波输入还是地震波输入试验,当饱和砂土发生液化后,桩周土对桩侧支撑反力降低从而导致桩-土之间相互作用力减小,加速度和位移幅值放大效应均发生显著增加,对称双斜桩的动力响应放大程度低于对称双直桩,尤其在饱和砂土液化时更加显著。地震波输入试验中承台加速度和位移量值均明显高于正弦波试验工况,但相对台面输出幅值的动力放大倍数整体水平较低。     

水平地震激励下储罐液体晃动与提离分析

在考虑地基与储罐相互作用的情况下,采用有限元法对储罐在水平地震荷载作用下的液面晃动及储罐提离反应进行了分析。结果表明:罐内液体的晃动是长周期运动,其周期受地震动影响。无论是小体积罐还是大体积罐,在一定的地震烈度下均可以发生提离,而且储罐发生提离的时刻大多数是在地震动的峰值过后的一段时间内。大体积的储罐的提离明显小于小体积的罐。底板提离区域为月牙形。     

地震动输入界面的选取对深软场地地震效应的影响

以天津和上海两个典型的深厚软弱场地为研究背景,探讨了地震动输入界面对场地地表地震动参数的影响。对于场地1(天津)和场地2(上海),分别选择7个和8个剪切波速(υs)大小不同的土层位置作为地震动输入界面,并选用Taft、Northridge地震加速度记录和南京人工波作为输入地震动,将Taft波、Northridge波和南京人工波的加速度峰值水平调整为0．35m／s^2、0．70m／s^2和0．98m／s^2,用SHAKE91程序对这两个场地进行了不同的地震动输入界面、输入地震波和峰值加速度水平的128种组合的场地地震反应分析。与从假想基岩面(υs≥500m／s)输入地震动的结果(假想的实际值)相比,可得到如下结论：(1)随着地震动输入界面深度(剪切波速)的增加,场地地表加速度反应谱逐渐地向实际值接近;(2)地震动输入界面的深度相同时,地震动加速度峰值水平越高,两者的加速度反应谱谱值的相对差异也越大;(3)对于一般建筑物,可以把剪切波速为400m／s左右的土层作为地震动输入界面;对于中长周期的建筑物,则应慎重选择地震动输入界面,最好选取υs≥500m／s^2的土层或基岩面作为地震动输入界面。     

土与结构相互作用对储罐地震响应的影响

为了研究土与结构相互作用对储罐地震响应的影响,基于Haroun-Housner模型,将地基土考虑为平动和转动的弹簧阻尼体系,将储罐结构体系简化为三质点四自由度力学模型,来研究储罐的地震响应受地基土弹性的影响。分析结果表明:与刚性基础相比,考虑土与结构的相互作用时储罐的基底剪力、倾覆力矩和晃动波高均有放大效应,且与储液高度与半径比相关,为获得理想的地震响应储液高度与半径比存在优化取值区间。     

路基地震峰值加速度响应特性振动台试验研究

在采用拟静力法分析公路路基抗震稳定时,需要考虑路基对地震加速度产生动力放大效果的影响。为了研究该放大效果,针对填方路基在强地震动作用下的动力响应,设计并完成了1∶20比尺的路基大型振动台模型试验。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波激励,研究地震作用下路基模型边坡地震峰值加速度的放大系数。试验结果表明,路基边坡对输入的水平地震波具有明显的放大作用,而对竖向地震波的放大作用不明显。沿路基高程向上,水平地震波加速度峰值放大系数呈现波动,且坡面的放大系数大于路基内部的放大系数。在不同类型、不同振幅和不同频率的地震波作用下,路基地震峰值加速度放大系数具有明显的差异。试验结果可为确定路基抗震稳定设计的动力荷载提供相应的参考。     

基岩人造地震动随机数对地表地震动参数的影响

随机数是人工合成基岩地震动输入的必备参数,对地表地震动参数有一定影响。以某实际化工工程场地剖面及其基岩加速度反应谱为基础,调整随机数,人工合成不同的基岩加速度时程,以此为输入,计算场地地表地震动参数,并对比不同随机数下地表加速度反应。对比结果表明,相同的场地和基岩反应谱输入,不同随机数对应得到的地表反应谱高频部分(0.2s)影响显著,而对地表反应谱周期部分(0.2s)影响不大,其中峰值加速度差别最为显著,输入地震动强度越大差别越大,大震输入下可达到60gal,有可能影响烈度判断结果。基岩人造地震动随机数主要影响峰值加速度和地表反应谱高频部分,基本不影响反应谱长周期部分。     

微型桩动力p-y曲线影响因素参数分析

本文通过微型桩振动台试验分析了输入波频率、桩顶质量和加速度峰值对砂土中微型桩动力p-y曲线的影响。结果表明:当输入波的频率为低频时,桩侧土压力p与桩身位移y的关系接近线性关系,形成的滞回环面积很小;当输入波频率较大时,桩侧土压力p与桩身位移y成明显非线性关系,形成的滞回环面积较大。随着桩顶质量和加速度峰值的增加,p-y曲线的滞回环呈逐渐张开的趋向,其耗能效应增加。