储液罐地震提离的多种非线性耦合的多种移动边界问题.pdfVIP

储液罐地震提离的多种非线性耦合的多种移动边界问题① 温德超 郑兆昌 孙焕纯 (中国石化jE京设计院)(精华大学)(大连理工大学) 摘要：本文R实验和理论两个方面对地上圆筒形丑式储藏罐在地震作用下挺蔫的多种非线性耦台的多种 {事动遗畀问题进行了涎^的研究，首次揭示了目提高而导教失穗及强度破筇的机理，攫出r在基础腰粱厦面与 罐底板之问加秉性垫层拟减轻或防止提离导致破坏的技术措施f建正了在地震作硐下储攫罐提高的三维流一 固耦台的多种非线性的多种移动边界问题抗鼻分析的芜生理论方法和研制了计算驶件，对于这类闻趣的分析具 有通用性．在计算结果中发现了一些重要的现象和结构更为警遍的动态特性． 关键词：遁_筒一储破罐，提离一屠瞄，稳定，非线性．移动边界，接齄，时间分裂步，ALE方法． 分类号：0327；03s3；0322． 一、引 言 本文所研究的课题是石化工业结构抗震研究领域中多年未能解决的难题．多年来，在地震 中，储液罐多次受到不同程度的破坏，尤其是在强震中罐底部会出现提离、“象足”和“钻石”形的 大变型，特别是底角焊缝区域的撕裂现象，导致易燃物质外溢而产生严重的次生灾害。因此有关 学者曾对储液罐抗震中的提离与大变形及破坏的现象做过一些研究“。。但是由于同题极为复杂， 一直投有得到解决。该问题在理论方面涉及到薄壳一液体的多种非线性和多种移动边界耦合的 复杂问题f在实验方面，因工艺、材料等因素限制，相似律(w定律)难以满足。 本文从实验和理论两个方面对这一问题进行了深入地研究。 二、实验研究 本实验制做了铜材和铝材的两个模型储液罐，进行了振动台上的激励实验。时间单位一般为 毫秒(ms)。 2．1 铜制模型罐提离的多种非线性耦合实验研究。 有的研究者认为储液罐在地震中发生罐壁部“象足”形大变形现象是存烃向地震力作用下的 强度破坏。在抗震设计中，当设防烈度高时，一般考虑竖向地震作用。但是对萑竖向地震作用下 的储漩罐的提离实验研究极少。故本文做了这方面的实验研究。 本实验的竖向激励下的提离结果的分析表明：在罐提离后下落撞击基础时，罐体应变出现了 数倍的增加，应变的最大值和次大值出现在罐壁底部的环向应变和竖向应变中．所在区域正好是 的资霭．本文得511了巾国石1‘总蛩再1抗震办的资助和国豪自然科学摹垒及西安空通丸学机械姆梅强度与挺动目素重点实验童 一 717． 罐在地震中出现“象足”形大变形的区域．nalit罐的提高极大地增加了罐壁失稳和强度破坏的可 能性。 我们采用高速摄影(每秒拍摄1600幅照片)记录了罐底部出现提离及其变化过程，如图l所 示。水平激励提离结果的分析表明：底板提离与未提离的分界线接近圆弧形I罐底板边界移动(提 离)导致罐体应变有很大增加f在罐体下落擅击基础时应变达到最大值．这些区域是“象足”，“钻 石”形震害发生区域。柔性基础时，在罐底板提离部分上的径向应变最大I刚性基础时，罐体中蠹 大应变是提离对侧的罐壁底部竖向应变，建议在实际储液罐底板与钢笳混凝土圈梁顶面之间适 当增加柔性垫层，可以减少罐壁底部竖向压应力集中程度。以减少该处失稳的可能性． 23廿n时罐提离高度时程曲线和提离区域图 图1柔tttfltl上ilit 2．2铝制模型罐提离与失稳及强度的多种非线性描合实验研究””1 接放置于振动台面上；视振动台台面为刚性基础}(2)柔性基础：在罐的底板和振动台台面之间放 置一层5ram厚的黑色橡胶垫，来模拟柔性基础；(3)圈梁基础：根据实际储液罐的圈梁基础，按 几何相似进行缩比而制成的钢舫混凝圈梁。固定于振动台上，中阐放入夯实的细砂。工况：实验 中对三种基础，自由液面、浮顶、拱顶、内浮顶四种渡面条件、人工波、Elsentro地震波和正弦波三 种波的输入的工况进行测试记录。实验中罐液体介质为水，探度为80cm。用