柔性基底立式储罐减震耗能研究

　　从隔离储罐地震响应出发,以降低大地震引起的基底剪力和弯矩,从而降低罐壁中产生的应力,达到降低震害破坏的目的.国内外对该问题的研究刚刚起步.Tajirian[1]在大体积工业用钢制储罐中采用隔离减少基础的倾覆力矩,其方法是将储罐安装在大的混凝土片伐上,混凝土片伐由很多短柱支撑,依靠变形来隔离储罐的地震响应,Zayas和Low[2]用摩擦摆动支座进行储罐的地震动隔离,Malhotra[3、4]采用周边支撑软橡胶垫环梁及周边附加扭转梁钢阻尼器的方法实现耗能减震.所有这些研究均假定罐底和罐壁为刚性,仅考虑短周期的刚性脉冲运动和长周期的对流晃动,未考虑罐壁的柔性和液固耦联运动,其力学模型为单质点体系和两质点体系.本文考虑刚性脉冲质量、对流质量、液固耦合质量的多质点隔震体系,提出一种新的柔性基底储罐模型,在其上安放水平减震装置,建立其力学模型和动力分析方程,并对其进行相应的地震动时程分析,研究结果表明,该结构体系具有良好的减震效果.

　　1　力学模型和分析方程

　　1.1　基本假定

　　(1)圆柱形钢壁与构成基底的柔性膜(非金属材料)相联结,形成立式储罐.罐周边采用具有水平减震的附加装置.

　　(2)罐储存液体,并经受基底的横向地面加速度柔性基底仅经历水平方向运动.

　　(3)不考虑表面液体的晃动,短周期的压力由柔性罐壁产生,罐壁的振动取

　　(4)所储液体无粘,无旋,不可压缩.

　　1.2　罐几何尺寸及减震装置

　　圆柱形薄壁基底圆周上支撑具有水平方向减震耗能装置(如叠层橡胶垫).柔性基底浮放于基础上,罐壁与基础间留有一定间距,以保证柔性基底在水平方向有一定的运动.罐高L,储液高度H,壁厚t,半径R,罐中面位移ω(z,t),具体构成见图1.

　　1.3　基底剪力,倾覆力矩

　　当罐底经历时,对罐壁产生动水压力为pd,此时基底剪力Q(t)和倾覆力矩M(t)为

　　1.4　简化分析力学模型

　　取三质点体系模拟柔性基底储罐体系,如图2所示.力学分析模型如图3所示.图2、3中,ms、m1、m0分别为对流晃动质量、液固耦合质量和刚性脉冲质量;ks、ky、kx分别为液体晃动刚度、液固耦合刚度和附加减震装置刚度cs、cy、cx分别为晃动阻尼、液固耦合阻尼和附加减震装置阻尼;s、y、x分别为晃动位移、液固耦合位移和刚体位移;Hs、H1、H0分别为晃动质量、液固耦合质量和刚性脉冲质量距离地面的高度.基底剪力和倾覆力矩为

　　1.5　系统运动控制方程

　　系统的动能为

　　2　叠层橡胶垫支撑分析