超大型立式儲(chǔ)油罐地震破壞機(jī)理及抗震設(shè)計(jì)方法研究

國(guó)家開始建設(shè)的多個(gè)原油儲(chǔ)備庫(kù)是由50個(gè)超大型立式儲(chǔ)油罐組成。立式儲(chǔ)油罐的超大型化是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì),超大型立式儲(chǔ)油罐的直徑已經(jīng)達(dá)到80-100米,容積大大超過現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，現(xiàn)行設(shè)計(jì)中所依據(jù)的簡(jiǎn)化理論模型的分析結(jié)果已經(jīng)不能夠真實(shí)地反應(yīng)超大型立式儲(chǔ)油罐的抗震性能。這使得所設(shè)計(jì)的超大型立式儲(chǔ)油罐存在安全隱患和材料浪費(fèi)。本項(xiàng)目首先建立考慮液體晃動(dòng)、罐體提離、罐體與基礎(chǔ)相互作用和儲(chǔ)液與浮頂耦連運(yùn)動(dòng)的超大型立式儲(chǔ)油罐有限元分析模型；通過模態(tài)分析、地震反應(yīng)分析研究超大型立式儲(chǔ)油罐的動(dòng)力特性及其地震荷載作用下運(yùn)動(dòng)規(guī)律，揭示超大型立式儲(chǔ)油罐地震作用下破壞機(jī)理；然后設(shè)計(jì)制造超大型立式儲(chǔ)油罐模型，進(jìn)行模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)研究證明有限元分析模型的正確性。在此基礎(chǔ)上提出超大型立式儲(chǔ)油罐抗震設(shè)計(jì)方法，為超大型立式儲(chǔ)油罐抗震規(guī)范的制定以及提高超大型立式儲(chǔ)油罐的抗震能力提供科學(xué)依據(jù)。 2100433B

本項(xiàng)目在重大研究計(jì)劃“重大工程動(dòng)力災(zāi)變”地下結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域研究成果的基礎(chǔ)上，采用理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)等手段，開展集成研究工作，進(jìn)一步揭示地下結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理，提出地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，取得的主要研究成果包括：1) 基于近場(chǎng)波動(dòng)有限元方法，實(shí)現(xiàn)了人工邊界條件、地震動(dòng)的波動(dòng)輸入、材料本構(gòu)模型等，搭建了地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)數(shù)值模擬平臺(tái)，并驗(yàn)證了平臺(tái)的有效性和精度；2) 從圍巖土體對(duì)淺埋地下結(jié)構(gòu)的兩種地震作用效應(yīng)、組成結(jié)構(gòu)構(gòu)件不同的受力功能，以及關(guān)鍵構(gòu)件的力學(xué)性能與體系受力分配改變導(dǎo)致的側(cè)墻、中柱變形能力不協(xié)調(diào)等方面，系統(tǒng)闡述了大開地鐵車站的地震破壞機(jī)理和失效模式，并提出了抗震關(guān)鍵支撐柱概念；3) 開展了大開車站結(jié)構(gòu)離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比分析，進(jìn)一步印證了車站結(jié)構(gòu)上覆土體對(duì)其塌毀破壞的關(guān)鍵作用；4) 針對(duì)地震系數(shù)法、自由場(chǎng)變形法、柔度系數(shù)法、反應(yīng)位移法、反應(yīng)加速度法和地下結(jié)構(gòu)Pushover分析方法的計(jì)算模型、關(guān)鍵參數(shù)、優(yōu)缺點(diǎn)以及存在的問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的評(píng)述，采用這些方法計(jì)算了日本阪神地震中損毀的大開地鐵車站地震反應(yīng)，并與嚴(yán)格的動(dòng)力時(shí)程分析方法結(jié)果進(jìn)行了比較，分析了各種方法的計(jì)算精度；5) 針對(duì)淺埋地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析問題，提出了一種考慮上覆土體豎向慣性力影響的反應(yīng)位移法，簡(jiǎn)稱慣性力-位移法，給出了慣性力-位移法分析模型的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)確定方法，包括地基彈簧剛度及上覆土體最大豎向慣性力，工程實(shí)例分析結(jié)果表明，本文建議的慣性力-位移法與傳統(tǒng)的反應(yīng)位移法相比，不僅克服了傳統(tǒng)的反應(yīng)位移法不能給出中柱軸力的缺陷外，其它反應(yīng)量的計(jì)算精度與之基本相當(dāng)。發(fā)表或錄用論文4篇；授權(quán)國(guó)際發(fā)明專利1項(xiàng)、國(guó)家發(fā)明專利一項(xiàng)；獲教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)(1，2016)；培養(yǎng)青年長(zhǎng)江學(xué)者1名，博士生5人、碩士生3人，其中2人已獲碩士學(xué)位。研究成果將為我國(guó)地下工程的安全建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供科學(xué)支撐。 2100433B