储罐抗震研究现状
气柜是储罐的一种形式,是调和产气与用气之间若干矛盾必不可少的设备,也是煤气输送管网中调节峰值的设备,在钢铁等行业的生产过程中有着极为重要的作用。一旦气柜发生结构变形就会影响正常工作。由于设计不当,气柜倒塌现象时有发生,这会造成煤气的泄漏,其后果非常严重,不仅影响正常的生产工作,散发出去的有毒气体还易造成二次灾害。因此气柜的设计、施工都有很高的要求。由于这种结构的设计方案是从日本引进的,国内工程设计人员经验不足,通过放大安全系数和截面尺寸来设计,造成了钢材和人力的浪费。虽然近年来干式气柜在我国大量建造,研究工作也取得了一些进展,然而在抗震方面的研究还远落后于工程实践的需要。随着计算机水平的飞速发展和社会发展需要,为人们对气柜结构抗震规律的认识提供了有利的客观条件。 顾强、陈绍番等对宝钢 15 万 m3可隆型干式煤气柜进行了现场实测和振动台模型的试验,然后编制程序对宝钢 8 万 m3威金斯型煤气柜和 15 万 m3可隆型煤气柜进行了抗震分析。
童根树、许钧陶对正多边形干式煤气贮柜的自振特性和地震响应进行了分析,发现 MAN 型气柜结构的地震响是以第一振型为主,并且给出了基本周期的计算公式。马明娟运用 ANSYS 有限元软件对威金斯气柜在水平和竖向地震波激励下的进行分析,得出气柜的竖向位移较大。此后,又对气柜进行罕遇地震作用下的分析,得出气柜筒体的变形较小,等效应力也没有超过钢材的屈服应力,从而证明了威金斯储气柜筒体的抗震性能良好。贾冬云利用大型有限元软件 ABAQUS 对正多边形气柜进行抗震分析,首先考虑活塞的实际构造及运行特点,提出了把活塞取为 SMD 的气柜抗震分析方法。然后根据气柜中活塞的实际运动过程,提出将活塞做为以悬浮质量块阻尼器(SMD),从而建立气柜的 SMD 计算模型,并由此推导了活塞结构刚度系数的计算公式。最后通过研究分析,得出活塞对筒体抗震性能具有一定影响,并提出了设计的理论和方法。
王凌西通过对干式煤气柜进行动力特性分析,得出气柜的自振周期随活塞上升而延长,从低位时 0.438s 延长至高位的 0.801s。焦红伟运用大型有限元软件建立了煤气柜的有限元模型,分析了考虑活塞运动的动力特性,总结出了煤气柜的频率和振型分布情况;采用 SRSS 法、CQC 法和虚拟激励法研究了模态交叉项、参振模态数量对煤气柜响应的影响。
因为涉及知识产权的保护,以及气柜抗震性能研究较少,所能查到的抗震设计理论和方法的文献不多。鉴于气柜与储罐的结构形式和受力特性等基本一致,所以相关储罐结构的抗震研究现状也有助于启发气柜的抗震研究。 Edwards 采用有限元法在计算机上首次对储液罐-流体藕合系统的地震反应进行了模拟,得出一些有益结论。Veletsos 对柔性储液罐在水平地震激励下的脉冲压力进行分析,得出相应的简化计算方法—假定模态法以及在相同地震激励下, 刚性罐比柔性储液罐的反应小很多的结论。Clough 等首次对无锚固罐的地震响应进行了实验研究,并且得出:地基性质对储罐底板的区域和提离大小有一定的影响;非线性的提离机理控制储罐的动力响应。
Y.Q.Li 对卧式半圆柱壳体进行了刚性模型测压实验,得到动力时程数据,并进行了动态时程分析。周利剑通过研究立式钢制储罐在指定烈度下基于损伤性能的抗震设计方法,提出了能与现行抗震设计规范相衔接的立式钢制储罐的地震损伤性能目标;一种抗提离效应的抗震设计方法;立式钢制储罐基于损伤性能的抗震设计准则。张云峰、周利剑应用 ANSYS 软件对 1000 m3和 10000 m3储罐进行动力反应谱分析,并与规范对比,得出 ANSYS 有限元计算结果比规范计算结果略小,说明了规范的计算方法偏于保守,可适当放宽。周利剑、孙建刚、张云峰通过对立式储罐在指定烈度下基于损伤性能的抗震设计方法的研究以及对砖混结构和钢筋混凝土框架结构等对应于不同震害等级的损伤指数范围的总结,给出了储罐在各种震害等级中对应的损伤指数。
沈建民对油罐在水平位移激励下的响应进行分析, 得出在地震激励下,罐壁反应较大,最大罐壁加速度是输入的最大加速度的几十倍,动力放大效应十分明显。刘勇通过假定罐底和罐壁的运动模式,用虚功原理计算水平及竖向地震作用,得到广义坐标的藕合运动方程,再用实例对储罐在三种典型地震波作用下的地震响应进行了详细的分析,得出一些有益结论陈海阳利用大型有限元分析软件 ADINA,通过考虑地基与储罐相互作用和液体与储罐之间的耦合问题的情况下,建立数值模型,分析其在地震作用下的动力响应。得出液体晃动对储罐各项地震响应均有显著影响等有益结论。
黄兢应用大型有限元软件 ADINA对 LNG 储罐进行地震响应分析,得出水平向次要地震波对结构基本没有影响,只需考虑主要的地震波方向;竖向地震波对软弱场地的影响极其明显,竖向地震波和液面高度对储罐加速度峰值影响较大。
童根树、许钧陶对正多边形干式煤气贮柜的自振特性和地震响应进行了分析,发现 MAN 型气柜结构的地震响是以第一振型为主,并且给出了基本周期的计算公式。马明娟运用 ANSYS 有限元软件对威金斯气柜在水平和竖向地震波激励下的进行分析,得出气柜的竖向位移较大。此后,又对气柜进行罕遇地震作用下的分析,得出气柜筒体的变形较小,等效应力也没有超过钢材的屈服应力,从而证明了威金斯储气柜筒体的抗震性能良好。贾冬云利用大型有限元软件 ABAQUS 对正多边形气柜进行抗震分析,首先考虑活塞的实际构造及运行特点,提出了把活塞取为 SMD 的气柜抗震分析方法。然后根据气柜中活塞的实际运动过程,提出将活塞做为以悬浮质量块阻尼器(SMD),从而建立气柜的 SMD 计算模型,并由此推导了活塞结构刚度系数的计算公式。最后通过研究分析,得出活塞对筒体抗震性能具有一定影响,并提出了设计的理论和方法。
王凌西通过对干式煤气柜进行动力特性分析,得出气柜的自振周期随活塞上升而延长,从低位时 0.438s 延长至高位的 0.801s。焦红伟运用大型有限元软件建立了煤气柜的有限元模型,分析了考虑活塞运动的动力特性,总结出了煤气柜的频率和振型分布情况;采用 SRSS 法、CQC 法和虚拟激励法研究了模态交叉项、参振模态数量对煤气柜响应的影响。
因为涉及知识产权的保护,以及气柜抗震性能研究较少,所能查到的抗震设计理论和方法的文献不多。鉴于气柜与储罐的结构形式和受力特性等基本一致,所以相关储罐结构的抗震研究现状也有助于启发气柜的抗震研究。 Edwards 采用有限元法在计算机上首次对储液罐-流体藕合系统的地震反应进行了模拟,得出一些有益结论。Veletsos 对柔性储液罐在水平地震激励下的脉冲压力进行分析,得出相应的简化计算方法—假定模态法以及在相同地震激励下, 刚性罐比柔性储液罐的反应小很多的结论。Clough 等首次对无锚固罐的地震响应进行了实验研究,并且得出:地基性质对储罐底板的区域和提离大小有一定的影响;非线性的提离机理控制储罐的动力响应。
Y.Q.Li 对卧式半圆柱壳体进行了刚性模型测压实验,得到动力时程数据,并进行了动态时程分析。周利剑通过研究立式钢制储罐在指定烈度下基于损伤性能的抗震设计方法,提出了能与现行抗震设计规范相衔接的立式钢制储罐的地震损伤性能目标;一种抗提离效应的抗震设计方法;立式钢制储罐基于损伤性能的抗震设计准则。张云峰、周利剑应用 ANSYS 软件对 1000 m3和 10000 m3储罐进行动力反应谱分析,并与规范对比,得出 ANSYS 有限元计算结果比规范计算结果略小,说明了规范的计算方法偏于保守,可适当放宽。周利剑、孙建刚、张云峰通过对立式储罐在指定烈度下基于损伤性能的抗震设计方法的研究以及对砖混结构和钢筋混凝土框架结构等对应于不同震害等级的损伤指数范围的总结,给出了储罐在各种震害等级中对应的损伤指数。
沈建民对油罐在水平位移激励下的响应进行分析, 得出在地震激励下,罐壁反应较大,最大罐壁加速度是输入的最大加速度的几十倍,动力放大效应十分明显。刘勇通过假定罐底和罐壁的运动模式,用虚功原理计算水平及竖向地震作用,得到广义坐标的藕合运动方程,再用实例对储罐在三种典型地震波作用下的地震响应进行了详细的分析,得出一些有益结论陈海阳利用大型有限元分析软件 ADINA,通过考虑地基与储罐相互作用和液体与储罐之间的耦合问题的情况下,建立数值模型,分析其在地震作用下的动力响应。得出液体晃动对储罐各项地震响应均有显著影响等有益结论。
黄兢应用大型有限元软件 ADINA对 LNG 储罐进行地震响应分析,得出水平向次要地震波对结构基本没有影响,只需考虑主要的地震波方向;竖向地震波对软弱场地的影响极其明显,竖向地震波和液面高度对储罐加速度峰值影响较大。
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