大型立式储罐滚动隔震限位研究

发布时间：2019-07-16 08:13

【摘要】：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。
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图片说明：地震工程与工程振动第37卷接触弹簧的层数逐渐增加，刚度逐级增加，其限位效果越来越好的目的。第1层限位弹簧由一个弹簧组成，弹簧刚度为8×108N/m，第2层和第3层由两个限位弹簧组成，每个弹簧刚度为4×108N/m，每个隔震支座由四个滚珠和20根弹簧组成，由于滚动隔震体系的隔震效果很好，当支座位移较小时，不需要对其进行限位，因此限位装置预留距离为0．15m，隔震支座示意简图如图1所示。图1隔震支座示意图Fig．1Schematicdiagramofisolationbearing1．3隔震层参数本文模拟的隔震支座为变刚度限位滚动隔震支座，其中滚动隔震采用弹簧单元模拟，隔震周期Tb=3s，隔震层等效黏滞阻尼比ζ=0．1。隔震层弹簧刚度系数Kb和阻尼系数Cb为［8］:Kb=m·2πT()bCb=ζm·4πTb表2非线性弹簧参数Table2Theparametersofthenonlinearspring相对位移(m)力(N)0．1500．22101266．30．29303797．60．35564195．2根据上述公式可求出代替隔震层的弹簧的总刚度和阻尼，本文有限元模型隔震层采用505个变刚度限位滚动隔震支座即505根弹簧，由于代表隔震层的弹簧串联，需总刚度和阻尼平均分配得出每个弹簧单元水平刚度系数K1和阻尼系数C1。限位装置由3层弹簧构成，因其随着支座位移的增加，接触弹簧的层数变多，刚度也随之提高，所以采用非线性弹簧单元模拟限位装置，每1层限位弹簧总刚度取8×108N/m，即在接触第1层、第2层、第3层弹簧时隔震层分别增加8×108N/m、1．6×109N/m、2．4×109N/m的刚度，需将限位提供的刚度平均分配给每根限位弹簧，每根非线性弹簧具体参数见表2。1．4有限元单元选取变刚度限位滚动隔震立式储罐模型与隔震层等效模型如图2、图3所示，罐壁及罐底?
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图片说明：的弹簧串联，需总刚度和阻尼平均分配得出每个弹簧单元水平刚度系数K1和阻尼系数C1。限位装置由3层弹簧构成，，因其随着支座位移的增加，接触弹簧的层数变多，刚度也随之提高，所以采用非线性弹簧单元模拟限位装置，每1层限位弹簧总刚度取8×108N/m，即在接触第1层、第2层、第3层弹簧时隔震层分别增加8×108N/m、1．6×109N/m、2．4×109N/m的刚度，需将限位提供的刚度平均分配给每根限位弹簧，每根非线性弹簧具体参数见表2。1．4有限元单元选取变刚度限位滚动隔震立式储罐模型与隔震层等效模型如图2、图3所示，罐壁及罐底板采用四节点等参壳单元，液体采用势流体单元计算。隔震层采用弹簧单元，限位装置采用非线性弹簧单元，采用Newmark数值分析法进行动力求解。图2储罐有限元模型图3隔震层弹簧单元模型Fig．2TheFEmodelofverticalstoragetankFig．3Thespringelementmodelofisolationlayer126
【作者单位】：兰州理工大学土木工程学院;大连民族大学土木工程学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(51478090)~~
【分类号】：TE972

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