【精品】储液罐抗震研究

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1、储液罐抗震研究王永岗吕英民张对红张进国摘要综述了储液罐抗震研究的物理模型、计算方法、实验研究和工程应用等方面的工作。重点回顾和总结了国外在不同阶段的研究成果；概述了国内近二十年来在该领域取得的进展；指出了尚需进一步研究的某些问题。主题词储罐抗震设计研究综述Thispaperreviewsvarioustreatmentsofphysicalmodels,computationalmethods,experimentalstudiesaswellaspracticalapplicationintheaseismicresearchofliquidstoragetankswithemphasiso

2、ntheevaluationoftheforeignachievements.Thedomesticdevelopmentsobtainedinthelast20yearsaresummarizedandsomefurtherresearchneedsarealsopointedout.SubjectHeadings：oiltank,aseismicresearch,overview储液罐在石油、化工等行业有着广泛的应用，其动力特性的研究可以追溯到1883年由Rayleigh对充液圆柱壳振动所做的工作，而实际储液罐的抗震研究是从本世纪30年代开始的。由于地震的直接破坏作用及其严重的次生灾害，半

3、个多世纪以来，对储液罐的抗震研究，从震害调查、理论分析、实验研究和工程应用等方面作了大量工作，各国都先后形成了自己的抗震规范，但是仍冇不少按照规范设计的储液罐在地震中遭到破坏，所以，冃而在该领域的研究势头仍方兴未乂。一、国外储液罐研究评述储液罐按具在基础上的安置状况，可分为锚固罐和非锚固罐，现对这两种罐的动力特性及地震反应作简要的回顾。1、锚固罐的抗震研究储液罐地震反应研究的早期工作是在假定储液罐是刚性体，而罐底锚固于基础上的前提下进行的。这一阶段的研究始于1934年Hoskins和Jacobsen⑴对地面刚性储液罐在水平地面加速度下脉冲压力分布的实验和理论研究。1957年，Housncr(2

4、)在前人研究的基础上，从工程角度出发，提出了著名的刚性储液罐简化模型，他假设罐内流体是无粘、无旋、不可压缩的理想流体，将液动压力分为两部分，一部分是随罐休作同步运动的液体惯性力产生的脉冲压力，另一部分是由罐内液体自由晃动而产生的对流压力。对流液体按等效原则简化为一与刚性罐壁相连的单自曲度弹簧-质量系统。Housner模型简单实用，在六、七十年代的储液罐抗震设计中被广泛采用⑶。1964年Alaska地震对储液罐造成大规模的破坏，人们对现冇设计规范及其刚性罐壁理论提岀质疑，并开始把注意力集中到柔性储液罐的地震反应研究上来。与此同吋，数字计算机及各种有关数值计算技术的发展也大大提高了解决这一问题的能

5、力。柔性储液罐的振动问题是典型的液-同耦合问题，从问题的性质来看，它涉及到相互联系、相互作用的网种不同介质，这一特点使得它比刚性储液罐的研究更为复杂。三十多年来，人们对这-领域的研究已取得许多理论和实验成果。1969年，Edwards⑷首次用有限元法在计算机上对储液罐-流体耦合系统的地震反应进行了数值模拟。七、八十年代，美国麻省理工学院在Nash教授的指导下，用有限元法对圆柱形储液罐进行了多方面的研究。他们在不计液体口由表而晃动的前捉下，同时将不可压缩理想流体和柔性罐壁进行冇限元离散，罐壁作为弹性薄壳采用环形单元，流体离散成矩形截面的环形单元，最终将罐-液耦合问题简化成一个具有附加质量的空罐振

6、动问题，这个附加质量代表的就是罐内液体的地震反应。他们用这种模型研究了空罐⑸及各种液深的储液罐的动力反应⑹、土壤作用的影响等(7)，并进一步推广到具有弹性罐顶的情况⑻。基于此方法开发的有限元计算机软件EXDOMTAXK可给岀由于液休脉冲压力所产生的位移和应力的吋间历程曲线。应该指出的是，文献［8］在对罐壁离散吋，使用Novozhilov中等转动旋转壳理论，模拟了储液罐的几何非线性地震反应。Wunderlich⑼和Tani(10)等也作了类似非线性分析。Veletsos⑴)在1974年捉出了计算水平地震激励的柔性储液罐脉冲压力的简化计算方法——假定模态法。其基本思想是将罐-液系统简化为一单自由度

7、系统,并按预先设定的模态进行振动，罐内流体的惯性借助于附加质量的概念加到结构中，出此导出作用于柔性罐壁上液动压力的分布规律，并得出在相同地震激励下,柔性储液罐的反应比刚性罐大得多的结论。Veletsos和Yang(12)在1976年扩展了这种方法，他们采用Flugge壳理论来分析罐体，圆柱壳上任一点的位移分量用具有剪切和弯曲刚度的一根均匀悬臂梁固有模态的迭加来表示，罐内液体的效应用部分液体附着于罐