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新型立式储罐结构体系地震响应分析

宫克勤  
【摘要】: 立式储罐在地震作用下的损坏,会产生严重的经济损失,特别是立式储罐多为储存易燃易爆介质,地震中易发生次生灾害,对人类的生存环境造成严重的危害和影响。随着石油工业的发展,储油罐的防震减灾已成为一项重要的研究课题。基础隔震属于结构控制领域中的一种有效方法,通过隔震层的变形来吸收地震能量,减少对上部结构的影响。基础隔震为立式储液容器的抗震设计开辟了一个新途径。 本论文针对柔性罐底隔震立式储罐进行了全面研究,内容包括储罐抗震理论分析、储罐抗震效果数值仿真分析、新型储罐抗震试验研究,以及新型隔震储罐的工程设计方法等,为这种新型抗震储罐的工程应用提供参考依据。具体研究内容和主要成果: (1)根据柔性罐底隔震立式储罐数学模型,计算地震作用下储罐的动水压力,求解储罐基底剪力和弯矩的解析式,并建立了隔震储罐三质点简化分析计算模型。 (2)采用时程分析方法和有限元法,对柔性罐底周边隔震储罐地震响应进行全面分析,研究了系列隔震储油罐的控制效果,分析了隔震参数对柔性罐底隔震储罐的影响。对Ⅰ、Ⅱ类场地,宜取隔震频率ω=2~4rad/s;对Ⅲ、Ⅳ类场地,宜取ω=2~3rad/s。隔震阻尼比宜取ξ=0.1~0.3。理想隔震条件下,隔震储罐弯矩可降到未隔震储罐的5%~15%。 (3)对柔性罐底隔震储罐进行了地震动台试验研究。分析不同地震动波输入下,隔震储罐功率频谱变化、测点加速度反应。试验结果对比分析表明:基础隔震能有效降低储罐的地震响应,验证了理论分析和数值模拟的正确性。 (4)进行了柔性罐底隔震储罐工程设计方法研究,给出基于双参数的立式储罐隔震设计基本方法与步骤,并对等效晃动刚度、耦联振动等效刚度和阻尼等设计参数选择进行了分析。给出了基础隔震立式储罐反应谱设计方法,利用振型分解反应谱法对柔性储罐隔震体系进行了抗震分析。 (5)结合试验模型储罐的设计,给出了柔性罐底隔震储罐系统的结构设计方法和技术要求,包括储罐结构形式的设计、基础选型与设计,以及隔震层设计要求等,为隔震储罐的工程应用提供了指导性设计方法和原则。


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