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.     

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。     

SMA-橡胶支座的力学性能试验研究

SMA-橡胶支座是一种由叠层橡胶垫和形状记忆合金（SMA）复合而成的新型隔震支座。阐明了SMA-橡胶支座的设计思路和工作机理,通过SMA-橡胶支座实物模型的伪动力试验,考察了支座的水平和竖向刚度、耗能能力和等效阻尼比,研究了位移幅值、加载频率、竖向荷载等参数对支座力学性能的影响。研究结果表明,SMA-橡胶支座工作性能稳定,耗能能力较强,是一种性能优良的新型隔震装置。     

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。     

大型滑移基础隔震储罐地震反应影响因素研究

采用Bouc-Wen微分连续性模型模拟滑移支座的力学性能,对大型滑移基础隔震储罐非线性地震反应进行了仿真分析,得到了不同类型场地上大型滑移隔震储罐的地震响应特点,总结出了支座摩擦系数、复位刚度以及地震强度等因素对地震反应的影响规律.研究结果表明:大型滑移隔震储罐不适合建立在Ⅰ类场地上,而在Ⅱ类场地上减震效果最好.在Ⅳ类场地上隔震储罐出现晃动波高放大现象,并且需要增大支座摩擦系数和设置复位装置来控制过大位移反应.增大滑移支座复位刚度可以显著降低支座的残留位移.大型滑移隔震储罐在高地震强度地区的减震效果更好.     

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。     

位于不同场地的隔震储罐在地震作用下响应对比分析

就橡胶垫隔震体系和摩擦摆隔震体系,研究分析大型立式储液罐在不同场地实际地震作用下的响应,同时将地震响应与非隔震储罐进行对比分析。分析结果表明:在柔软场地,摩擦摆隔震系统的减震效果要好于橡胶垫系统。摩擦摆支座控制隔震层位移的能力要好于橡胶垫支座。此外,进行了参数影响分析,来衡量储罐储液量、高径比和隔震系统的隔震周期对储罐主要响应的影响。储罐储液量较小时,摩擦摆支座的减震率要好于橡胶垫支座。隔震储罐高径比不宜取为0.8,此时脉冲位移和基底剪力的峰值响应都较大。隔震周期在2 s～3 s区间范围内时,可以取得最优减震效果。     

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。     

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。     

LRB隔震储罐地震反应的双向耦合效应

建立了双向地震作用下LRB基础隔震储罐地震反应的数值模型,对单向和双向地震作用下隔震储罐的地震反应和隔震支座的力学性能进行了对比研究。提出了衡量双向耦合效应影响的评价指标,分析了不同类型场地上隔震储罐地震反应的双向耦合效应影响规律。研究表明,双向耦合效应使支座滞回曲线变得不规则,呈现出粘滞特性。双向耦合效应不会引起隔震储罐基底剪力、弯矩、晃动波高的明显增大,但忽视双向耦合效应会严重低估支座位移,尤其是在II类和IV类场地上更为明显。因此在LRB隔震储罐双向地震反应分析时,不能简单选取两个单向地震作用下响应的组合值作为地震响应值,必须考虑双向耦合效应的影响。     

大型LRB基础隔震储罐支座参数优化配置研究

铅芯橡胶支座(LRB)参数的优化配置是大型LRB基础隔震储罐设计的关键问题。采用Bouc-Wen模型模拟LRB的非线性力学性能,结合Newmark增量法和龙格库塔积分法求解了隔震储罐非线性动力方程,得到了不同类型场地上大型LRB隔震储罐的地震响应特点和设计参数优化配置规律。研究结果表明:支座隔震频率是影响大型隔震储罐减震效果的主要参数。I类场地上最优隔震频率范围为0.5～5rad/s,II类、III类场地上最优隔震频率范围为2～5rad/s,IV类场地上最优隔震频率范围为1.5～3rad/s。支座屈服强度对储罐地震响应的影响取决于场地类型和隔震频率。在II和III类场地上存在最优屈服强度使得基底剪力最小,且最优屈服强度随隔震频率增大而增大。     

隔震支座非线性特性的数值模拟

对隔震支座进行精细的数值仿真是准确模拟隔震支座力学特性的基础。在确定天然橡胶本构模型参数的基础上,采用有限元软件建立了不同形状系数的隔震支座模型,并对支座施加竖向荷载和水平循环往复位移荷载情形进行了动力特性分析。分析结果表明,铅芯橡胶隔震支座的水平刚度随轴压应力的增大而降低,但是变化幅度不大,而水平刚度随第一、第二形状系数的增大而提高。结果还表明隔震支座的力学特性可以采用数值方法进行准确模拟。     

方形多铅芯橡胶支座力学性能研究

本文通过对方形多铅芯橡胶支座竖向压缩性能试验,水平剪切性能试验以及其等效刚度、屈服强度、屈服后刚度、等效阻尼比等水平特征参数与水平剪切应变和竖向压应力的关系,特别是对其在不同方向上压缩剪切变形状态下的性能试验,分析了这种隔震支座各种水平特征参数在不同方向上变化的相关规律。得出在这种类型橡胶隔震支座在双向水平荷载同时作用下,竖向性能和水平性能较为稳定,是较为理想的桥梁结构的减隔震装置。     

新型多级隔震装置试验及最优参数分析

基于橡胶支座和滑板支座的水平力学性能,开发了一种新型多级隔震装置并介绍了该装置的组成、运动状态及力学模型。为了验证多级隔震装置在多水准地震作用下具有多级刚度的特性,设计了一幢相似比为1/10的四层混凝土框架结构,并根据结构模型设计了四套多级隔震装置进行了新型多级隔震结构振动台试验。试验与模拟结果表明:新型多级隔震装置隔震性能良好且在不同水准地震作用下能表现出多级抗震性能,相较于普通隔震装置,在大震下能较好的控制隔震层位移。针对不同多级隔震结构给出了多级隔震装置的最优参数的筛选流程,并基于某实际工程通过筛选流程选取了装置的最优参数。     

大型储液罐摩擦摆基底隔震控制分析

针对弹性钢制圆柱储液罐,基于Haroun-Housner模型,将连续流体质量等效为3种集中质量,分别为:对流质量、脉冲质量和刚性质量,与这些集中质量连接的相应刚度取值依赖于储罐壁和流体质量.在水平地震激励下,在储罐底部加摩擦单摆支座,给出了简化的液体 - 储罐-隔震支座的力学分析模型,建立了摩擦摆支座基底隔震体系的振动控制方程,并利用Newmark逐步积分法对控制方程进行了数值求解,研究了摩擦摆支座基底隔震的储液罐地震反应,验证了FPB隔震的有效性.     

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。     

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。     

隔震曲线梁桥不同等级地震的振动特性模拟分析

曲线桥梁抗震特性模拟分析对于曲线桥梁隔震、减震有着重要意义。基于隔震曲线桥梁设计过程中的特点,通过非线性水平弹簧单元对铅芯橡胶支座双向非线性的能力进行模拟,根据SAP2000科学选择强震观测地震波,并考量曲线桥梁本身存在的特性对桥梁振动特性产生的影响,针对隔震曲线桥梁在不同等级地震下振动特征进行模拟分析,其中,通过隔震曲线桥梁铅芯橡胶支座模型的构建和梁桥不同等级地震计算模型、输入地震波与传感器量测等步骤得到的模拟结果为:不同地震波与加速度峰值输入过程中,地震动较小下的支座水平刚度比较大,且结构相对稳定;地震幅值增大时,桥梁支座水平刚度减小,且支座的恢复力位移滞回变化曲线面积比较大,能够更多地将地震输入能量消散掉,减小能量不断向曲线桥梁上方传递的速度,可有效减轻地震反应,起到隔震的效果。     

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.     

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。