近场地震下大型储罐三维隔震动力响应分析
发布时间：2021-05-05 21:03
立式储罐是石油化工中重要的储液容器,属于能源供应的生命线工程,其内部多储存易燃、易爆、有毒介质,在地震中一旦遭到破坏,往往伴随着火灾、爆炸等严重的次生灾害,波及范围巨大。基础隔震可以有效保证储罐免遭地震破坏,保障人民的生命财产安全。目前,运用于储罐的隔震支座,大都为水平隔震系统,无法降低竖向地震激励下的动力响应。实际上地震动是一种多维随机振动,包括三个平动和三个转动分量,在降低其水平激励动力响应的同时,竖向地震可能成为储罐破坏的重要原因。且储罐的隔震研究大都基于远场地震激励,对于隔震储罐这类自振周期较长的结构,近场地震中的长周期速度型脉冲成分对其的不利影响不能忽视。本文综合考虑近场水平、竖向地震作用,以15×104m3的特大型立式储罐作为研究对象,创新地将三维隔震系统引入储罐隔震之中,所做研究内容如下:（1）利用大型通用有限元软件ADINA建立了考虑流固耦合的三维隔震储罐的有限元模型,通过时程分析法,定量对比分析了近、远场水平和竖向地震作用下的动力响应,重点分析了近场脉冲型地震对隔震储罐动力响应的影响。研究结果显示:对于15×104m3的储罐应当考虑多维地震的影响;三维隔震系统可以显著...
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 研究背景
1.3 储罐的抗震研究
1.4 结构抗震设计思想的发展
1.5 隔震装置的分类
1.5.1 水平隔震装置
1.5.2 三维隔震装置
1.6 储罐的隔震研究
1.7 本文研究的目的和意义
1.8 本文的研究内容
第二章 近场地震动介绍及三维隔震装置的设计
2.1 引言
2.2 近场地震的定义
2.3 近场地震动的特征
2.3.1 方向性效应
2.3.2 速度脉冲效应
2.3.3 上盘效应
2.3.4 竖向加速度效应
2.4 三维隔震系统的设计
2.5 三维隔震装置的水平隔震设计
2.5.1 夹层橡胶支座的基本构造
2.5.2 夹层橡胶支座的形状系数
2.5.3 夹层橡胶支座的轴压承载力设计
2.5.4 夹层橡胶支座的剪压承载力与水平剪切变形
2.5.5 夹层橡胶垫的水平刚度设计
2.5.6 夹层橡胶垫的竖向刚度
2.5.7 夹层橡胶垫的阻尼
2.6 三维隔震装置的竖向隔震设计
2.6.1 碟形弹簧的力学性能
2.6.2 筒式粘弹性阻尼器设计
2.7 本章小结
第三章 立式储罐有限元模型的建立
3.1 引言
3.2 有限元法的分析步骤
3.3 储罐结构流固耦合理论
3.4 势流体理论
3.5 流固耦合的实现
3.6 有限元模型的建立
3.6.1 大型立式储罐的几何尺寸及材料属性
3.6.2 罐壁单元的选择
3.6.3 液体单元的选择
3.6.4 荷载及边界条件
3.7 立式储罐模态分析
3.7.1 计算理论
3.7.2 储液晃动模态分析
3.7.3 储罐流固耦合振动模态分析
3.7.4 模态分析结果与规范算法的对比
3.8 立式储罐地震响应的时程分析
3.8.1 立式储罐动力学分析的方法
3.8.2 地震波的选择
3.8.3 时程分析
3.9 本章小结
第四章 三维隔震储罐动力响应分析
4.1 引言
4.2 三维隔震储罐有限模型的建立
4.2.1 隔震层的有限元模型
4.2.2 地震波的选取
4.3 水平向地震激励下的动力响应分析
4.3.1 罐壁应力分析
4.3.2 罐壁加速度分析
4.3.3 动液压力分析
4.3.4 基底剪力及晃动波高分析
4.4 竖向地震作用下的动力响应分析
4.4.1 罐壁应力分析
4.4.2 动液压力与加速度分析
4.4.3 晃动波高分析
4.5 本章小结
第五章 大型储罐三维隔震参数影响分析
5.1 引言
5.2 水平隔震周期的影响分析
5.2.1 有效动应力分析
5.2.2 储液晃动波高分析
5.3 水平隔震阻尼比的影响分析
5.3.1 有效动应力分析
5.3.2 储液晃动波高分析
5.4 竖向隔震周期的影响分析
5.4.1 有效动应力分析
5.4.2 储液晃动波高分析
5.5 竖向隔震阻尼比的影响分析
5.5.1 有效动应力分析
5.5.2 储液晃动波高分析
5.6 本章小结
第六章 立式储罐模拟地震振动台试验研究
6.1 引言
6.2 立式储罐的试验方案
6.2.1 试验模型罐尺寸的确定
6.2.2 传感器布置
6.2.3 隔震装置
6.2.4 地震动输入及试验工况
6.3 试验数据分析
6.3.1 加速度反应分析
6.3.2 位移反应分析
6.4 振动台试验与有限元解的对比
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
1.攻读硕士学位期间发表的论文
2.参与的科研技术服务项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]近断层地震动下大型立式隔震储罐的地震响应分析[J]. 郝进锋,姜月利,祝庭,高小波. 北京石油化工学院学报. 2017(02)
[2]大型立式储罐滚动隔震限位研究[J]. 徐博,孙建刚,韩建平,崔利富. 地震工程与工程振动. 2017(02)
[3]立式储罐滚动隔震地震模拟振动台试验研究[J]. 孙建刚,崔利富,王振,刘伟兵,李想. 地震工程与工程振动. 2016(06)
[4]立式储罐钢筋环梁基础隔震模拟振动台试验研究[J]. 崔利富,孙建刚,李想,王振,刘伟兵. 地震工程与工程振动. 2016(04)
[5]考虑摆动效应的立式储罐隔震分析简化力学模型[J]. 孙建刚,郝进锋,刘扬,王振,崔利富. 振动与冲击. 2016(11)
[6]立式浮顶储罐并联基础隔震模拟地震振动台试验研究[J]. 孙建刚,崔利富,王振,刘伟兵,李想. 地震工程与工程振动. 2015(05)
[7]立式储罐环墙滚动隔震体系地震响应数值仿真分析[J]. 李想,孙建刚,崔利富,王振,刘伟兵,杨海光. 大连民族学院学报. 2015(05)
[8]LRB隔震储罐地震反应的双向耦合效应[J]. 李扬,李自力,王鸿膺,邵大伟. 世界地震工程. 2014(02)
[9]考虑桩土-隔震层-罐体相互作用的隔震储罐地震响应分析[J]. 王向楠,孙建刚,崔利富,刘伟兵. 地震工程与工程振动. 2013(03)
[10]大型全容式LNG储罐基础隔震地震响应分析[J]. 孙建刚,崔利富,郑建华. 哈尔滨工业大学学报. 2012(08)
博士论文
[1]大型LNG储罐基础隔震与晃动控制研究[D]. 崔利富.大连海事大学 2012
[2]三维基础隔震系统的理论与试验研究[D]. 熊世树.华中科技大学 2004
[3]橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究[D]. 刘文光.北京工业大学 2003
硕士论文
[1]液化天然气储罐隔震结构试验研究[D]. 刘传才.西安建筑科技大学 2017
[2]考虑液固耦合立式储液罐地震反应数值分析[D]. 孙艳.大连海事大学 2015
[3]夹层橡胶垫隔震预应力液化天然气（LNG）储罐地震响应分析[D]. 刘晓丽.大庆石油学院 2010
[4]近场地震作用下框架与桥梁结构抗震分析[D]. 张冰.湖南大学 2007
[5]设有形状记忆合金复合隔震支座结构的多维及平—扭耦联地震反应分析[D]. 魏保敏.西安建筑科技大学 2005
[6]碟形弹簧对结构物的隔震作用[D]. 吴强.大连理工大学 2000
本文编号：3170581
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 研究背景
1.3 储罐的抗震研究
1.4 结构抗震设计思想的发展
1.5 隔震装置的分类
1.5.1 水平隔震装置
1.5.2 三维隔震装置
1.6 储罐的隔震研究
1.7 本文研究的目的和意义
1.8 本文的研究内容
第二章 近场地震动介绍及三维隔震装置的设计
2.1 引言
2.2 近场地震的定义
2.3 近场地震动的特征
2.3.1 方向性效应
2.3.2 速度脉冲效应
2.3.3 上盘效应
2.3.4 竖向加速度效应
2.4 三维隔震系统的设计
2.5 三维隔震装置的水平隔震设计
2.5.1 夹层橡胶支座的基本构造
2.5.2 夹层橡胶支座的形状系数
2.5.3 夹层橡胶支座的轴压承载力设计
2.5.4 夹层橡胶支座的剪压承载力与水平剪切变形
2.5.5 夹层橡胶垫的水平刚度设计
2.5.6 夹层橡胶垫的竖向刚度
2.5.7 夹层橡胶垫的阻尼
2.6 三维隔震装置的竖向隔震设计
2.6.1 碟形弹簧的力学性能
2.6.2 筒式粘弹性阻尼器设计
2.7 本章小结
第三章 立式储罐有限元模型的建立
3.1 引言
3.2 有限元法的分析步骤
3.3 储罐结构流固耦合理论
3.4 势流体理论
3.5 流固耦合的实现
3.6 有限元模型的建立
3.6.1 大型立式储罐的几何尺寸及材料属性
3.6.2 罐壁单元的选择
3.6.3 液体单元的选择
3.6.4 荷载及边界条件
3.7 立式储罐模态分析
3.7.1 计算理论
3.7.2 储液晃动模态分析
3.7.3 储罐流固耦合振动模态分析
3.7.4 模态分析结果与规范算法的对比
3.8 立式储罐地震响应的时程分析
3.8.1 立式储罐动力学分析的方法
3.8.2 地震波的选择
3.8.3 时程分析
3.9 本章小结
第四章 三维隔震储罐动力响应分析
4.1 引言
4.2 三维隔震储罐有限模型的建立
4.2.1 隔震层的有限元模型
4.2.2 地震波的选取
4.3 水平向地震激励下的动力响应分析
4.3.1 罐壁应力分析
4.3.2 罐壁加速度分析
4.3.3 动液压力分析
4.3.4 基底剪力及晃动波高分析
4.4 竖向地震作用下的动力响应分析
4.4.1 罐壁应力分析
4.4.2 动液压力与加速度分析
4.4.3 晃动波高分析
4.5 本章小结
第五章 大型储罐三维隔震参数影响分析
5.1 引言
5.2 水平隔震周期的影响分析
5.2.1 有效动应力分析
5.2.2 储液晃动波高分析
5.3 水平隔震阻尼比的影响分析
5.3.1 有效动应力分析
5.3.2 储液晃动波高分析
5.4 竖向隔震周期的影响分析
5.4.1 有效动应力分析
5.4.2 储液晃动波高分析
5.5 竖向隔震阻尼比的影响分析
5.5.1 有效动应力分析
5.5.2 储液晃动波高分析
5.6 本章小结
第六章 立式储罐模拟地震振动台试验研究
6.1 引言
6.2 立式储罐的试验方案
6.2.1 试验模型罐尺寸的确定
6.2.2 传感器布置
6.2.3 隔震装置
6.2.4 地震动输入及试验工况
6.3 试验数据分析
6.3.1 加速度反应分析
6.3.2 位移反应分析
6.4 振动台试验与有限元解的对比
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
1.攻读硕士学位期间发表的论文
2.参与的科研技术服务项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]近断层地震动下大型立式隔震储罐的地震响应分析[J]. 郝进锋,姜月利,祝庭,高小波. 北京石油化工学院学报. 2017(02)
[2]大型立式储罐滚动隔震限位研究[J]. 徐博,孙建刚,韩建平,崔利富. 地震工程与工程振动. 2017(02)
[3]立式储罐滚动隔震地震模拟振动台试验研究[J]. 孙建刚,崔利富,王振,刘伟兵,李想. 地震工程与工程振动. 2016(06)
[4]立式储罐钢筋环梁基础隔震模拟振动台试验研究[J]. 崔利富,孙建刚,李想,王振,刘伟兵. 地震工程与工程振动. 2016(04)
[5]考虑摆动效应的立式储罐隔震分析简化力学模型[J]. 孙建刚,郝进锋,刘扬,王振,崔利富. 振动与冲击. 2016(11)
[6]立式浮顶储罐并联基础隔震模拟地震振动台试验研究[J]. 孙建刚,崔利富,王振,刘伟兵,李想. 地震工程与工程振动. 2015(05)
[7]立式储罐环墙滚动隔震体系地震响应数值仿真分析[J]. 李想,孙建刚,崔利富,王振,刘伟兵,杨海光. 大连民族学院学报. 2015(05)
[8]LRB隔震储罐地震反应的双向耦合效应[J]. 李扬,李自力,王鸿膺,邵大伟. 世界地震工程. 2014(02)
[9]考虑桩土-隔震层-罐体相互作用的隔震储罐地震响应分析[J]. 王向楠,孙建刚,崔利富,刘伟兵. 地震工程与工程振动. 2013(03)
[10]大型全容式LNG储罐基础隔震地震响应分析[J]. 孙建刚,崔利富,郑建华. 哈尔滨工业大学学报. 2012(08)
博士论文
[1]大型LNG储罐基础隔震与晃动控制研究[D]. 崔利富.大连海事大学 2012
[2]三维基础隔震系统的理论与试验研究[D]. 熊世树.华中科技大学 2004
[3]橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究[D]. 刘文光.北京工业大学 2003
硕士论文
[1]液化天然气储罐隔震结构试验研究[D]. 刘传才.西安建筑科技大学 2017
[2]考虑液固耦合立式储液罐地震反应数值分析[D]. 孙艳.大连海事大学 2015
[3]夹层橡胶垫隔震预应力液化天然气（LNG）储罐地震响应分析[D]. 刘晓丽.大庆石油学院 2010
[4]近场地震作用下框架与桥梁结构抗震分析[D]. 张冰.湖南大学 2007
[5]设有形状记忆合金复合隔震支座结构的多维及平—扭耦联地震反应分析[D]. 魏保敏.西安建筑科技大学 2005
[6]碟形弹簧对结构物的隔震作用[D]. 吴强.大连理工大学 2000
本文编号：3170581
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