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考虑SSI效应的15_10_4m_3储罐基础隔震数值仿真分析

原文作者:
  刘伟兵,孙建刚,崔利富,逯严磊
发布时间:
  2014-08-13
来    源:
  东北石油大学土木建筑工程学,大连民族学院,土木建筑工程学院
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摘要: 为考虑土与结构相互作用( SSI) 对15 × 10_4m_3 大型立式储罐基础隔震效应的影响,采用弹簧-阻尼系统模拟地基土和隔震层,罐壁及底板采用壳单元,流体采用势流体单元,利用ADINA 建立15× 10_4m_3 储罐有限元模型,在峰值加速度0. 2g El Centro 波地震激励下,应用Newmark 数值积分方法进行地震响应分析,结果表明: 考虑SSI 效应时,非隔震储罐的地震响应有所减小,而基础隔震时地震响应有放大效应。储罐抗震减震设计时,中软地基土上储罐从结构设计安全角度来说需要考虑土与结构的相互作用。
引言
    立式储罐是石油、化工等企业的重要工业设施,强震作用下易发生罐壁屈曲、提离等直接震害,同时易引发火灾及环境污染等次生灾害,给生产和国民经济造成重大损失。目前,关于储罐抵抗地震灾害的研究,主要采用抗震和隔震两种途径[1],多集中于理论研究和数值仿真研究。在储罐非隔震研究方面,孙建刚,崔利富等[2]考虑土与结构相互作用对储罐地震响应的影响,进行了理论研究,指出了考虑土与结构相互作用的重要性; 周利剑等[3]对抗震的立式储罐进行了考虑土与结构相互作用的数值仿真研究,并进行了参数影响分析。在储罐隔震研究方面,崔利富等[4]对大型立式基础隔震储罐进行了考虑土与结构相互作用理论方面的研究; 孙颖等[5]对大型立式储罐进行了隔震数值仿真研究,但并未考虑土与结构的相互作用。在建筑结构方面,于勉等[6]研究了土-结构动力相互作用对隔震结构地震响应的影响,认为SSI 效应对隔震结构楼层加速度反应有明显放大作用。有关研究表明[7]: 地震时,由于场地的放大效应,建在厚软土场地上的结构所受的破坏比建在临近基岩上的结构所受破坏要厉害得多。另外考虑土-结构相互作用时结构的刚度和阻尼等也将发生变化,同时引入隔震层后,地基土刚度和阻尼与隔震层刚度和阻尼对结构体系的综合影响也值得深入研究。综上所述,在储罐基础隔震考虑土与结构相互作用的数值仿真研究方面还没有相关报道。本文通过改变地基弹簧参数来考虑SSI 效应,与未考虑SSI 效应情况对结构的影响进行对比分析。因此,本文针对15 × 104m3 立式储罐,采用弹簧-阻尼系统模拟地基土和隔震层,罐壁及底板采用壳单元,流体采用势流体单元,利用有限元软件ADINA 建立15 × 10_4m_3 储罐有限元模型,对建在刚性基础( 未考虑SSI) 和柔性基础( 考虑SSI) 上的非隔震和基础隔震储罐进行地震动响应三维有限元数值仿真对比分析,为储罐基础隔震设计提供较为精确的数值验证保障。
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