基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)與控制研究.pdf

1、隨著我國(guó)石油工業(yè)的快速發(fā)展和大型戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備庫(kù)的陸續(xù)建立，立式儲(chǔ)罐的抗震安全問(wèn)題日益得到重視。自上世紀(jì)末結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制思想被引申到儲(chǔ)罐抗震研究領(lǐng)域以來(lái)，減隔震技術(shù)被證明是降低儲(chǔ)罐地震反應(yīng)的有效途徑，有著廣闊的發(fā)展前景。由于發(fā)展時(shí)間短、涉及問(wèn)題復(fù)雜，目前對(duì)基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，因此本文以我國(guó)系列浮項(xiàng)罐為研究對(duì)象，針對(duì)基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)與控制的一系列問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。研究成果對(duì)儲(chǔ)罐減震控制研究和我國(guó)基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐的工程

2、應(yīng)用有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　 (1)建立了鉛芯橡膠(LRB)和滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐的計(jì)算分析模型和Simulink仿真模型，系統(tǒng)研究了橡膠隔震儲(chǔ)罐振動(dòng)頻率特點(diǎn)和基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐地震響應(yīng)特征。研究表明，隨著隔震頻率增大，基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐自振頻率(晃動(dòng)振型頻率、隔震振型頻率、脈沖振型頻率)逐漸增大。不同類型場(chǎng)地上LRB和滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)特點(diǎn)不同。隔震頻率、屈服強(qiáng)度、屈服前后剛度比是控制LRB隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)的

3、主要?jiǎng)恿?shù)。與普通橡膠(RB)隔震儲(chǔ)罐比較，LRB隔震儲(chǔ)罐突出的優(yōu)點(diǎn)是支座位移較小，而兩者減震效果優(yōu)劣與選取隔震頻率、場(chǎng)地類型有關(guān)。LRB最優(yōu)屈服強(qiáng)度比F0隨隔震頻率和地震動(dòng)強(qiáng)度增加而增大。隔震設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)場(chǎng)地類型選取10倍以上屈服剛度比來(lái)限制支座位移。摩擦系數(shù)和復(fù)位頻率是控制滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)主要?jiǎng)恿?shù)。復(fù)位頻率對(duì)殘留位移有明顯抑制作用。地震強(qiáng)度越大，LRB和滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐減震效果越好。
　　 (2)以遠(yuǎn)場(chǎng)地震反應(yīng)

4、為基準(zhǔn)，對(duì)比研究了近斷層地震動(dòng)作用下LRB和滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐的地震反應(yīng)特點(diǎn)和參數(shù)影響規(guī)律。利用疊加原理得到人工合成近斷層脈沖型地震動(dòng)，分析了脈沖類型與參數(shù)對(duì)基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)的影響。研究表明，近斷層地震動(dòng)作用下隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)明顯大于遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)相應(yīng)值，脈沖效應(yīng)突出。峰值速度與峰值加速度比(PGV/PGA)、脈沖周期、脈沖參與系數(shù)、脈沖類型是影響隔震儲(chǔ)罐近場(chǎng)地震反應(yīng)的主要因素。
　　 (3)對(duì)LRB和滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐的雙向地震反

5、應(yīng)特點(diǎn)與支座兩水平正交方向的耦合性能進(jìn)行了研究。建立了雙向地震作用下LRB和滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐運(yùn)動(dòng)方程和Simulink仿真模型。利用提出的衡量雙向耦合作用評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)估了不同類型場(chǎng)地上雙向耦合作用對(duì)隔震儲(chǔ)罐各種地震反應(yīng)的影響，并且分析了LRB與滑移摩擦支座參數(shù)對(duì)雙向耦合作用的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，不同類型場(chǎng)地上雙向耦合作用對(duì)LRB和滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)的影響程度不同。雙向耦合作用不會(huì)使LRB和滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐的基底剪力、彎矩、晃動(dòng)波高

6、明顯增大，而忽略支座雙向耦合作用會(huì)顯著低估支座位移，尤其是滑動(dòng)位移和殘留位移，因此計(jì)算LRB和滑移基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐雙向地震反應(yīng)時(shí)必須考慮雙向耦合作用的影響。比較而言，雙向耦合作用對(duì)滑移隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)的影響更大一些。
　　 (4)提出了隔震儲(chǔ)罐地震反應(yīng)的主動(dòng)/半主動(dòng)控制方法。設(shè)計(jì)了隔震儲(chǔ)罐的主動(dòng)控制算法和基于磁流變(MR)阻尼器的半主動(dòng)控制算法，并采用遺傳算法優(yōu)化得到權(quán)矩陣參數(shù)，建立了主動(dòng)控制/MR半主動(dòng)控制下隔震儲(chǔ)罐力學(xué)模型和Si

7、mulink仿真模型。通過(guò)對(duì)5種不同控制方法工況下隔震儲(chǔ)罐減震效果的對(duì)比研究，表明在主動(dòng)控制/MR半主動(dòng)控制下隔震儲(chǔ)罐能取得理想的改進(jìn)減震效果，并且當(dāng)?shù)卣饛?qiáng)度變化時(shí)減震效果很穩(wěn)定。它尤其適合在Ⅳ類軟土場(chǎng)地上使用，較好解決了Ⅳ類軟土場(chǎng)地上RB隔震儲(chǔ)罐支座位移較大的問(wèn)題。
　　 (5)對(duì)LRB基礎(chǔ)、滑移基礎(chǔ)、主動(dòng)/半主動(dòng)控制基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐進(jìn)行了能量分析。建立了不同類型基礎(chǔ)隔震儲(chǔ)罐的能量反應(yīng)方程和Simulink仿真模型，分析了不同基礎(chǔ)