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。     

大型立式浮顶储罐基础隔震数值研究

强震作用下,立式浮顶储罐破坏严重。为了降低浮顶储罐的地震响应,选取15×104m3大型立式浮顶储罐,引入基础隔震措施,并考虑浮顶的影响,应用势流体理论,采用ADINA建立有限元模型。研究在不同隔震层阻尼比、不同隔震周期、不同烈度及不同场地条件影响下,基础隔震浮顶储罐的地震响应并进行对比分析。结果表明:当隔震层阻尼比为0.2～0.3时减震效果较好,阻尼比存在合理优化区间;随着隔震周期、地震烈度的增加,基础隔震浮顶储罐的减震率增加;基础隔震浮顶储罐的减震效应受场地条件影响较大;基础隔震措施不能有效控制浮顶储罐的晃动波高。浮顶储罐隔震设计时需要综合考虑多种因素,选取最佳隔震设计参数。     

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。     

15×10~4m~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。     

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。     

考虑SSI效应的立式储罐水平基础隔震研究

立式储罐在地震作用下破坏严重,损失较大.为了降低立式储罐在水平地震激励下的地震响应,考虑土与结构相互作用对储罐地震响应的影响,将立式储罐基础隔震体系简化为3质点5自由度力学模型.依据Hamilton原理建立立式储罐基础隔震体系的控制方程,给出了立式储罐基底剪力、倾覆弯矩、晃动波高和应力的理论表达.选取150000m3储罐,采用wilson-θ法对其进行了地震动响应分析.结果表明:储罐基础隔震体系能够降低储罐的地震响应;为获得理想的地震响应,场地、隔震周期和阻尼比存在优化取值区间;储罐抗震与减震设计要视设计安全需要来决定是否考虑土与结构的相互作用.     

考虑桩土-隔震层-罐体相互作用的隔震储罐地震响应分析

为了研究桩土、隔震层与罐体相互作用对15×104m3隔震储罐地震响应的影响,桩与隔震层采用弹簧-阻尼单元,罐体采用壳单元,流体采用势流体单元,基于ADINA建立数值仿真分析模型,在8度E1 Centro地震动激励下,应用Newmark数值积分方法进行地震响应分析.结果表明:隔震储罐基底剪力和基底弯矩相对于非隔震储罐明显降低,储罐罐壁加速度沿罐壁高度方向近乎平动,但对波高的控制效果不明显;除罐壁顶部外,动液压力明显降低;隔震后,罐壁有效应力和环向应力减震效应明显,对轴向应力和径向应力影响较小,建议从安全角度考虑,储罐非隔震设计时不考虑桩土作用,隔震设计时考虑桩土对罐体的影响.     

中美欧储罐抗震规范中地震作用的比较研究

对比分析了中国、美国和欧州国家储罐抗震设计规范在抗震设防基准、设防目标、设计参数、储罐简化模型、设计反应谱和地震力降低系数等方面的不同特点,比较各规范设计地震作用的大小.研究表明:我国鉴定标准、美国API650和欧洲EC-8的抗震设防水准基本相当,而欧洲EC-8的抗震设防目标偏低.对于中等类型场地上的低自振周期储罐,我国鉴定标准设计地震作用与美国API650相当,但低于欧洲EC-8设计值,鉴定标准的晃动波高大于欧洲EC-8.另外以我国常用系列浮顶罐和大型浮顶罐为研究对象,比较储罐频率、液体等效质量、晃动波高等参数的不同.研究得到一些结论和建议,对修订我国储罐抗震设计规范有借鉴意义.     

近场地震作用下大型储罐三维隔震地震响应分析

为研究近场多维地震作用下三维隔震储罐的动力响应,采用ADINA软件建立了15×104 m3储罐的有限元模型,选取弹簧单元模拟三维隔震支座,分别输入水平与竖向的近场地震动,定量分析了其动力响应。分析结果显示:对于大型储罐应当考虑竖向地震作用;三维隔震装置可以有效降低储罐的动力响应,但是对晃动波高无控制效果;近场竖向地震作用下的晃动波高幅值很小,实际工程中可以忽略不计。     

位移谐波激励下拱顶锚固储罐的动力响应分析

地震中拱顶锚固储罐的破坏将造成严重的后果,研究其地震作用下的动力响应特性具有一定工程意义。以位移简谐波为水平激励,运用AD INA有限元软件对一座3 000m3的拱顶锚固储罐模型进行动力数值模拟,系统分析了储罐内液面晃动波高、动水压力极值、罐壁应力、拱顶应力、拱顶位移等动力响应结果,将以位移谐波激励和以加速度谐波激励的储罐动力响应结果进行比较。分析表明,位移谐波激励下拱顶锚固储罐的液面晃动波高受场地影响较大;储罐应力分布具有一定规律性;采用位移谐波激励时其应力、位移和动水压力等较采用加速度谐波激励时大,液体晃动波高较小。     

隔震立式储罐地震反应谱分析

基于反应谱理论,研究了的基底隔震储罐的地震响应问题.将储罐简化为三质点体系力学模型,罐内连续液体质量等效为对流质量、脉冲质量和刚性质量,并引入隔震刚度.与时程分析对比,验证反应谱法的适用性,分析隔震立式储罐的地震响应并研究主要参数对隔震储液罐地震响应的影响,主要考虑的参数有:(1)场地类别;(2)隔震周期;(3)高径比.结果表明:反应谱法计算隔震立式储罐地震响应是偏于安全的;随着场地类别和隔震周期的增大,基底剪力减震率逐渐降低,晃动波高变化不明显,隔震后,液动压力呈线性变化,液动压力随着场地类别和高径比的增大而增大,随着隔震周期的增大而减小;高径比存在一定的优化段,在优化段内,基底剪力减震率较大,隔震效果较好.     

双向地震激励下储罐隔震计算模型对比分析

铅芯橡胶垫基础隔震浮顶储罐在双向地震激励下,采用不同的隔震层恢复力计算模型计算所得的地震响应存在差异.不同工况下,若不加区别地选取将给储罐设计带来不利影响.通过分析高径比、阻尼比、隔震周期以及屈服强度参数对计算结果的影响得出,特定高径比时等效线性模型计算所得波高偏小,基底剪力和位移偏大,因此设计时应综合权衡各模型的计算...     

考虑桩土作用的储罐模拟地震振动台试验

为研究考虑桩土相互作用的储液罐的动力响应及长周期地震波对储液晃动、储罐提离的影响,根据量纲分析法设计了桩-土-储罐模型进行了振动台试验。试验中采用4条基岩波、4条地表波进行振动台试验。试验显示基岩波与地表波输入时,体系变化规律基本一致,其结果表明:土体地表加速度被放大,且输入加速度峰值增加,地表加速度放大倍数减小;一般地震波时,随着输入加速度峰值的增加,储液晃动波高大致呈线性增加。长周期地震波下则为非线性增加,且晃动波较大。此外,液体产生的晃动波高与储罐类型相关。细高型储罐产生的波高稍大;储罐提离高度随着输入加速度峰值的增加呈非线性增长。长周期地震波激励下,储罐提离高度小于一般地震波时的提离高度。细高型储罐在长短周期地震波激励下,提离高度较为接近,而一般储罐在两种地震波激励下,提离高度相差较大。细高型储罐提离高度大于一般储罐的提离高度。建议在储罐设计时考虑长周期地震波的影响。     

考虑SSI效应的15×10~4 m~3储罐基础隔震数值仿真分析

为考虑土与结构相互作用(SSI)对15×104m3大型立式储罐基础隔震效应的影响,采用弹簧-阻尼系统模拟地基土和隔震层,罐壁及底板采用壳单元,流体采用势流体单元,利用ADINA建立15×104m3储罐有限元模型,在峰值加速度0.2g El Centro波地震激励下,应用Newmark数值积分方法进行地震响应分析,结果表明:考虑SSI效应时,非隔震储罐的地震响应有所减小,而基础隔震时地震响应有放大效应。储罐抗震减震设计时,中软地基土上储罐从结构设计安全角度来说需要考虑土与结构的相互作用。     

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。     

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。     

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。     

非线性隔震立式浮顶储罐双向地震作用分析

研究浮顶振动对立式储罐地震响应的影响时,假定浮顶运动为均质刚性圆板振动,其波高沿半径方向线性变化,建立了含有波高参量的运动方程、基底剪力和倾覆力矩表达式.同时,在Park恢复力模型的基础上,给出了铅芯橡胶支座的双向耦合恢复力计算模型,并用该模型模拟了铅芯橡胶支座的力-变形非线性行为.采用时程分析方法对双向地震作用下的浮顶储罐地震响应进行分析,并与未考虑浮顶作用以及单向地震作用的储罐地震响应进行对比.数值结果表明,考虑浮顶作用具有降低地震响应的效果;特定工况下,地震响应峰值可能出现在非主震方向.     

夹层橡胶支座参数对大型LNG储罐地震响应的影响

利用ADINA软件建立董家口16万立方米LNG储罐的有限元模型,在模型中分别设置不同水平刚度、不同隔震频率和阻尼比的夹层橡胶垫作为储罐的隔震装置。对比了隔震前后储罐的位移和加速度反应的变化,同时分析了采用不同隔震参数支座的储罐在液固耦合作用下,储罐内部液面晃动的变化情况。结果表明:夹层橡胶支座的水平刚度对储罐隔震效果的作用不明显,但夹层橡胶支座的隔震频率和阻尼比对储罐隔震效果的影响显著。隔震频率和阻尼比越大,对内外罐位移和加速度的控制效果越明显。因为基底剪力、基底倾覆弯矩和动液压力会增大,而且隔震装置会放大储罐的晃动波高,所以在选取隔震支座时,要综合考虑储罐高径比、隔震支座的隔震频率和阻尼比等参数,选取最优组合,从而达到最佳的减震效果。     

近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特征研究

采用Bouc-Wen模型模拟铅芯橡胶支座(LRB)非线性力学性能,建立LRB基础隔震储罐地震反应的数值模型.利用叠加原理得到人工合成近断层脉冲型地震动,从实际典型近断层地震动和人工近断层脉冲地震动输入两个角度出发,以远场地震反应为参照,系统探讨了近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特点以及近断层地震动运动特征的影响规律.研究发现,近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应明显大于远场地震反应值,显著的近断层脉冲效应是隔震储罐设计不容忽视的问题.近断层地震动的PGV/PGA值是决定隔震储罐地震反应的综合指标,PGV/PGA值较大时,隔震储罐地震反应脉冲效应突出.另外,脉冲周期、脉冲参与系数以及脉冲类型也是影响LRB隔震储罐地震反应的重要因素.在脉冲参与系数越大、含有脉冲数量越多的近断层地震动作用下,隔震储罐地震反应越强烈.当脉冲周期接近储罐晃动周期时,晃动波高会出现峰值.