散粮阻尼耗能影响下钢筒仓体系地震响应分析

Steel silo is the major structure for storing bulk grain. Bulk grain show significant energy dissipation performance under earthquake, so it will realize precise design if the damping energy dissipation is quantitative determined. However, affected by the material type, storage condition, earthquake acceleration and other factors, the mechanism and beneficial effects of damping energy consumption should to be investigated deeply with the corresponding experimental verification. Thus this proposed project will employ VonWolffersdorff’s hypoplastic constitutive model to simulate the incrementally nonlinear behavior of bulk grain, synchronously, the contact model will be reasonably established to conduct the elastic-plastic dynamic history analysis. On the other hand, shaking table test will be carried out and the silo model will be designed based on elastic similarity and the equivalent stiffness with the prototype, further to deduce the prototype results, and verify numerical results. Through the research on damping energy dissipation effect of bulk grain influenced by the material type, storage condition and seismic acceleration, the change law of damping energy dissipation as well as structural seismic response mechanism will be revealed. All above achievements in this proposed project will provide strong scientific evidence for steel silo code revision and rational design.

钢筒仓作为储存散粮的一种主要结构。地震作用下，内部散粮会呈现出显著的能量耗散性能，定量确定散粮阻尼耗能将利于实现筒仓结构的精准化设计。然而，受散粮种类、储粮工况和地震加速度大小等因素影响，其阻尼耗能机理和效果还需深入研究并开展相应的试验验证。为此本申请项目将采用基于Niemunis修正的VonWolffersdorff亚塑性本构模型模拟散粮，合理设置散粮-仓壁的接触模型进行弹塑性动力时程分析；依据弹性相似率和刚度等效原则设计模型进行地震模拟振动台试验，并反推原型结果，验证数值结果。通过研究散粮种类、储粮工况和地震加速度对阻尼耗能的影响效应，揭示散粮阻尼耗能变化规律及对结构地震响应的影响机制。本申请项目的研究成果将对钢筒仓规范修订和结构合理设计提供有力的科学依据。

钢筒仓自重轻、强度高、施工方便快捷、拆卸后可重复利用，属低碳绿色环保建筑，广泛应用于粮食、建材、煤炭等领域，但工程中对于钢筒仓地震作用下动力问题的研究急需完善和改进，对于地震作用下考虑散料阻尼耗能影响的地震响应机理研究是一个亟待解决的科学问题，项目以此为出发点，进行了钢板仓模型动力计算与试验研究。主要研究内容及成果：（1）基于相似理论方法，设计制作了柱支承有机玻璃筒仓模型，通过对模型进行试验关键技术的研究得到了测点优化布置方案和振动台试验加载方案，为钢板仓模型的试验研究奠定基础；（2）对有机玻璃筒仓模型进行了动力时程分析，通过与试验结果进行对比分析得到了不同工况下模型加速度、位移、应力、侧压力等地震响应变化规律，为钢板仓模型的理论研究提供思路；（3）以1：12的长度缩尺比例制作了实际工程钢板仓的模型，通过量纲分析法得到了模型和原型的相似比例系数，进一步对钢板仓模型进行了配重方案设计，通过进行试验关键技术的研究得到了加速度、位移和压力传感器的优化布置方案，确定了地震模拟振动台五级加载试验方案，通过试验测试得到了钢板仓模型测点的加速度、位移、侧压力等地震响应变化规律；（4）合理设置了散料颗粒的物理和力学参数及其与仓壁的摩擦系数，对空仓、半仓和满仓贮料工况的钢板仓模型进行了动力时程分析，并将分析结果与试验结果进行对比，研究了散料颗粒与仓壁的接触摩擦机理和地震响应机理，明确了结构体系在地震历程中各能量的变化规律及摩擦耗能和阻尼耗能大小及规律。项目的研究成果为钢板仓动力计算与分析奠定理论基础，为钢板仓结构抗震技术的提升提供重要理论参考依据，提出了钢板仓结构抗震设计的新思路，为有效控制和减少钢板仓地震灾害提供可靠的理论依据和计算方法。