大型立式储罐近断层长周期大脉冲地震减震控制研究

Dynamic response include short period rigid impulse response, liquid-solid coupling and long period sloshing response for the large-scale storage tanks. Base isolation system could reduce the base shear,overturning moment and dynamic fluid pressure, but not effect on sloshing wave height for storage tanks under short period earthquake ground motion.Seismic response of storage tanksis has not been completely cognitive when near fault earthquake action containing high frequency, long period pulse. This project focus on the following research: Construction of near-fault ground motion. Focus on structural system analysis and the near-fault ground motion input of experimental research;simplified analysis, numerical analysis of vertical storage tank under near fault ground motion.Focus on simplified analysis method, numerical analysis method, theory and numerical analysis comparison;damping system and effect of vertical storage tank under near fault ground motion. Focus on construction of damping system,simplified analysis method,numerical analysis method,dampening effect,theory and numerical analysis comparison,ring beam variable frequency isolation device and sloshing caontrol device;shaking table test of near-fault ground motion. Focus on the ground motion input method, the dynamic response detection, similar structure system design, experiment,theory and numerical analysis comparison.

大型储罐结构体系的动响应贡献包括短周期刚性脉冲响应、液固耦联响应以及长周期的晃动响应。中短周期地震动作用下，采用基底隔震体系可降低储罐的基底剪力、倾覆力矩和动液压力，但对晃动波高影响不大。当发生含有高频、长周期脉冲型近断层地震时，其地震动响应尚不被科学研究完全认知。本项目针对这一问题重点开展如下研究：近断层地震动构成研究。重点解决结构体系分析和试验研究的近断层地震动机制的构建与输入问题；近断层地震动作用下立式储罐结构体系动响应简化分析、数值分析研究。重点研究简化分析方法、数值分析方法、理论与数值分析验证的问题；近断层地震动作用下立式储罐减震体系与减震效应研究。重点研究减震体系构成、简化分析方法、数值分析方法、减震效应、理论与数值分析验证、环梁变频隔震装置以及防晃控制装置的问题；近断层地震动振动台试验研究。重点研究地震动输入方法、动响应检测、相似结构体系设计、实验与理论、数值分析验证的问题。

本项目以国内设计应用较多的大型储液容器为研究对象，研究其在遭受近断层地震动时结构体系的动响应简化分析、数值分析和试验分析方法。按照项目申请书及项目计划书的研究计划，主要取得了如下成果：.1）建立了刚性地基与考虑桩-土-结构相互作用的储罐简化力学模型，分析表明：桩-土-结构相互作用的储罐地震响应小于刚性地基储罐，不同场地条件下储罐的响应具有差异性。建议储罐抗震设计时视工程安全来决定是否考虑桩-土-储罐的相互作用。.2）通过近断层地震动的作用机制和地震动的输入问题研究，比了在滑冲效应、向前方向性效应和无脉冲地震动作用下储罐的动力响应。研究表明对液固耦合结构进行地震响应分析时，采用位移时程作为地震输入更合理、稳定。.3）以1000m3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0.5s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得出：对储罐进行隔震设计时需要考虑场地的特征；隔震可有效降低罐壁加速度和层间位移，但对晃动波高具有放大效应；三向地震动作用下的罐壁加速度明显大于单向地震动，在进行储罐动力分析时应考虑三向地震作用。.4）构建了砂垫层与钢筋混凝土环梁组合而成的隔震装置，以数值仿真方法研究了不同地震激励、不同沙粒级配下隔震装置的运动情况，得出不同工况下隔震装置等效水平刚度和阻尼系数的计算方法和隔震效果。通过将橡胶粒与沙进行混合配比研究混合材料的力学性能，完成了橡胶颗粒-沙混合物剪切试验。表明竖向压力、混合物级配与材料粒径对隔震效果均有很大影响。.5）采用数值仿真方法分析了桩-土-LNG储罐与桩-土-立式储罐的地震响应，表明近断层地震动比普通地震动对储罐的影响更大，尤其对晃动波高的影响尤为明显。.依托该项目发表相关关学术论文15篇，其中SCI检索2篇（1篇录用），EI检索2篇，CSCD检索8篇，出版专著1部（待出版），培养博士研究生5人（在读3人），硕士研究生10人（在读2人），获得辽宁省科技进步三等奖1项，举办学术会议1次，参加学术会议6次。