球形水塔结构地震响应分析.pdf

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1、第34卷第6期(2015．06)(试验研究)球形水塔结构地震响应分析景殿春周利剑高斌孙铭阳1大庆油田矿区服务事业部2东北石油大学土木建筑工程学院摘要：水塔结构的地震响应不仅与地震加速度峰值有关，而且与地震的持续时间、场地类别、卓越周期密切相关。选取了Taft波(第二类场地)、El—centro波(第三类场地)、天津宁河波(第四类场地)和人工波(第一类场地)四类场地地震波进行地震动特性对水塔结构地震反应的影响分析。不同地震波作用下，球形结构顶点位移峰值呈现出不同的变化规律，具有较大的随机性，并且位移峰值出

2、现的时间会随着储液量的变化而变化；球形结构顶点加速度峰值都随着储水量的增加而逐渐减『、。地震作用下，球形水塔的等效应力峰值随着储液量的增加而增大，支承结构的等效应力峰同样随着储液量的增加而增大，并且大于水箱的等效应力峰值，证明了在地震作用下，上部水箱结构发生破坏的概率比较小，主要是支承结构的破坏。关键词：球形水塔；支承结构；地震响应；应力峰值；最大位移doi：10．3969／j．issn．1006—6896．2015．6．005级钢材，主要为钢管结构，密度为7．8X10kg／m。，1研究现状弹性模量1．

3、92X10“N／m。，泊松比为0．3。材料(非近些年，随着人们对球形储液结构的深入研线性)同样采用双线性塑性模型，屈服强度均取究，逐渐形成了一些理论：1957年，钱培风教授2．35×10。N／m2，剪切模量为2．06X109N／m。首先提出竖向地震作用起主导作用的观点；1983年，日本学者武藤清提出了将自由水单独作为一个3动力响应分析质点，把塔体和水箱作为一个质点的双质点体系模3．1地震波的选择型；1994年，朱石坚在英国伦敦访问期间将桁架水塔结构的地震响应不仅与地震加速度峰值有关，而且与地震的持续时间

4、、场地类别、卓越式水塔结构等效成一个单自由度的弹簧质量系统，周期密切相关。选取了Taft波(第二类场地)、得出了设计变量的最优化设计数学模型；邹祖军等El-centro波(第三类场地)、天津宁河波(第四人在2001年基于小幅度自由表面波动的线性理论类场地)和人工波(第一类场地)四类场地地震导出水的晃动力计算公式，对规范中的方法提出了波进行地震动特性对水塔结构地震反应的影响分修改建议；2002年，钱培风教授提出首先按规范析。这4条地震波加速度曲线见图1。算出水塔结构的地震力，然后以震害规律为唯一依3．2位

5、移、加速度时程分析据对水塔的各种调整系数加以修正，使计算的最后球形水塔结构在El-centro波、Taft波、天津结果能较好地解释震害。宁河波和人工波作用下不同储水量时的顶点位移时2模型参数程曲线见图2。为了使结果对比更加清晰明了，将不同地震波下不同储水量的球形水塔顶点的最大位本文模型采用8支柱支承结构，对角距离为10m，移列人表1。支承高度为52m，水箱直径11．55m，水箱壁厚表1地震作用下不同储水量球形水塔顶点位移最大值0．018m。罐内充装液体水，液体密度为1000kg／m3，弹性模量为2．18

6、X10。N／m。。球壳材料采用l6MaR，密度为7．85×10。kg／m3，材料弹性模量为2．06×10“，泊松比为0．3。考虑材料的非线性，采用双线性塑性模型，屈服强度取2．35X10N／m。，剪切模量为2．06X10。N／m。支承主要采用Q235一B从表1可以看出，在地震波峰值相同情况下，基金论文：黑龙江省教育厅科学技术研究(面上)项目计划(12531087)资助。一10一油气田地面工程(http：／／www．yqtdmgo．corn)第34卷第6期(2015．06)(试验研究)O．8．0．6毯煅最

7、毯OnOOO00．4m玑mm864202468晒∞m仉昭∞0·2●{蓑0．o趟嘲曩一0．2霹-0．4O．601020304050时间／s(a)E1一centro波．越艘最0OOOO0OOOOOOmmmmnnnm8642O2468∞吡叭∞∞∞毗m∞惦510l55101520时间／s时间／s(c)天津宁河波(b)人工波图1地震波加速度时程曲线l2345678910111213141516123456789l0111213141516时问／s时间／s——储水量0⋯⋯储水量5o％⋯一储水量85％——储水量0⋯⋯

8、储水量5⋯-储水量85％(a)E1一eentro波(b)Taft波0．1O目0．050．00_0．05-o．10891011121314l516l23456789101l12131415l6时间／s时间／s储水量50％⋯一储水量85％——储水量0⋯．．储水量5傩⋯．储水量85％(c)天津宁河波(d)人工波图2地震波作用下球形水塔顶点位移时程曲线不同的地震波激励，水塔的地震反应也不尽相同。周期成分多，与储水量0时水塔结构自振周期较接在El-c