大型隔震混凝土矩形贮液结构的液-固耦合非线性地震响应研究

Large-scale reinforced concrete rectangle liquid-storage structures have been applied in water supply and drainage, petrochemical, railway and other industrial enterprises, and applied in the national lifeline engineering. The structure failure under earthquake action will not only affect the normal production of company, but also produce such secondary disasters as fire and leakage and so on, and also lead to serious environmental disaster. This kind of structure is the space plate system structure which is composed of thin plates of nonlinear concrete material. The role and load are various, and initial micro-crack of concrete itself is extremely detrimental to the anti-leakage. The combined action of the liquid sloshing and the dynamic effect of structure itself will make the thin wall produce complex deformation when the earthquake comes, and this deformation in turn affects the liquid sloshing, and so multiple nonlinear dynamic response of complex structure appears, for these reasons, the dynamics behavior about this kind of structure is fairly complex. Therefore, according to the theoretical analysis, numerical simulation and shaking table model test, liquid-solid coupling nonlinear dynamic response of the reinforced concrete rectangle liquid-storage structure under the condition of seismic isolation will be studied, and the earthquake dynamic law of liquid-solid coupling and the effective seismic control method will be obtained, and the relevant formula and the corresponding technical measure will be deduced, and so the ability of aseismic and disaster mitigation about this kind of structure will be improved, and a reference will be provided for design calculation and seismic control of concrete rectangular liquid-storage structure under earthquake action in the future.

给水排水、石油化工、铁路等工业企业和国家生命线工程中有相当数量的大型钢筋混凝土矩形贮液结构，这类结构在地震作用下失效不仅会影响企业的正常生产，而且还会产生火灾、泄漏等次生灾害，甚至会引发严重的环境灾害。由于这类结构是由非线性混凝土材料薄板所组成的空间板系结构，所承受的荷载和作用又具有多样性，混凝土本身具有的初始微裂缝对防渗漏极为不利，强震时的液体晃动和结构本身的动力效应联合作用会使较薄的壁板产生复杂的变形，这种变形反过来又影响液体的晃动，从而形成多重非线性的复杂结构动力响应，故这一动力学行为相当复杂。因此，本项目根据理论分析、数值仿真和振动台模型试验，研究这类结构在隔震条件下的液－固耦合非线性动力响应，获取液-固耦合地震动规律和有效的减震方法，推演出相关计算公式和相应的技术措施，从而提高该类结构的防震减灾能力，为以后地震作用下钢筋混凝土矩形贮液结构的设计计算和减震控制提供参考。

针对混凝土矩形贮液结构在服役期内可能遭受地震动作用，本项目研究了不同类型地震动作用下系统的动力响应、微幅及大幅晃动下结构的动力响应、自由液面晃动对系统响应的影响，最后进行了隔震混凝土矩形贮液结构的振动台试验。主要研究内容及结论如下：.（1）研究了当液体发生微幅晃动时，在不同地震烈度下相同的液体高度和不同液体高度同一地震波作用下的橡胶隔震混凝土矩形贮液结构的液-固耦合地震响应。.（2）根据贮液大幅度晃动和微幅晃动的界限定义，得出微幅晃动的界限波高，重点针对大幅晃动下钢筋混凝土矩形贮液结构的液固耦合地震响应进行研究。.（3）通过有限元软件流固耦合功能对不同摩擦系数的聚四氟乙烯隔震混凝土矩形贮液结构在不同地震烈度的地震波作用下的地震动响应进行分析，分析表明：滑移隔震混凝土矩形贮液结构在不同地震荷载的作用下，结构受到的地震反应随不同地震烈度的变化有所差异，隔震混凝土贮液结构的壁板位移、液体晃动高度、等效应力都随地震烈度的增大而不断增大；.（4）对地震作用下钢筋混凝土矩形贮液结构的动力响应进行了分析，探讨了贮液结构在不同地震波作用下的位移、应力-应变分布等情况；可以看出橡胶垫具有明显的吸能作用和耗散作用，带有橡胶垫的贮液结构具有很好的隔震效果。.（5）对半埋置式混凝土矩形贮液结构、全埋置式混凝土矩形贮液结构、泡沫混凝土隔震矩形贮液结构以及泡沫混凝土-砂垫层隔震矩形贮液结构进行了流固耦合动力时程计算，对其地震动响应规律进行了相应的分析。.（6）分别分析微幅晃动和大幅晃动两种情况下液体及结构的动力响应情况。结果表明：在结构受到的外界激励频率为液体自振奇数阶频率时，贮液结构会发生共振现象，动力响应将趋于无穷大，从而使结构整体遭到破坏。.（7）依据振动台试验，进行了滑移隔震混凝土矩形贮液结构的试验模型设计，选取近场和远场地震，设计了多种试验工况，研究了近远场地震作用下滑移隔震对混凝土贮液结构的有效性以及限位装置类型对混凝土贮液结构动力响应的影响。