大型立式浮顶储罐综合减震技术及理论

以能源储备的重要设施大型立式浮顶钢制储罐为研究对象，从综合减震研究角度出发，研究建立大型立式浮顶钢制储罐的综合减震理论、减震技术、实验研究方法。主要研究内容：一是从流体速度势理论出发，将隔震层作为边界条件，考虑土壤与结构的相互作用和摆动效应，研究隔震状态下大型立式钢制储罐动响应分析的基本理论和简化分析理论，并利用能量原理建立问题的运动方程，研究系统的动特性和动响应，阐明隔震机理和波高放大效应机理；二是将浮顶简化为带有质量块的均质薄板，研究浮顶的振动特性和动响应；三是研究浮舱附加摆式阻尼控制机理和简化分析理论；四是研究综合减震体系下，大型立式浮顶钢制储罐有限元数值仿真动响应的分析方法，并对简化力学分析方法进行对比验证；五是研究设计环梁滑移隔震与基底钢筋并联隔震的隔震基础，设计研究浮舱摆式防晃阻尼器，给出相应的设计理论和方法，进行相应的地震动振动台实验验证和分析。

本项研究以能源储备的重要设施大型立式浮顶钢制储罐为研究对象，研究建立了大型立式浮顶钢制储罐的综合减震理论、减震技术、数值仿真及实验研究方法。完成了项目申请书及项目计划书的研究计划要点，主要取得了如下成果：.1）建立了储罐隔震控制体系简化分析的刚性理论、弹性理论、弹性耦联理论以及考虑土与结构的相互作用的储罐隔震理论简化力学模型，数值分析表明：储罐隔震设计时采用晃动、弹性耦联振动是比较合理的，针对不同场地，要视设计安全需要来决定是否考虑土与结构的相互作用。.2）依据储罐速度势理论和浮顶板的振动理论，建立了考虑浮顶影响的隔震储罐简化力学模型和地震响应分析理论。数值分析表明：高罐可以忽略晃动引起的底部压力，但矮胖罐不能忽略。在储罐易出现褶皱屈曲自由表面处晃动引起的冲击压最大。在易出现菱形屈曲中部液固耦联所产生的冲击压力最大。储罐隔震设计时，可以偏安全地忽略浮顶的影响。.3）给出了立式钢制储罐竖向基础隔震基本理论，分析表明：立式储罐抗震减震设计时应该考虑竖向地震作用；储罐采用竖向基础隔震体系后，具有抑制“象足”屈曲出现的作用；可以按刚性地基的假定进行储罐竖向基础隔震设计。.4)给出了水平地震激励下储罐考虑附加刚性浮盘阻尼装置的基础隔震动力方程。数值表明：刚性浮盘防晃阻尼装置能够有效降低储液的晃动波高，与基础隔震装置联合使用，能够起到综合减震的目的。.5）大型立式浮顶钢制储罐三维有限元数值仿真动响应分析表明：储罐液固耦合振动频率对隔震刚度敏感；隔震设计时可不计入浮顶的影响；储液高度与储罐半径比存在优化段，比值为0.4～0.6之间为宜；浮顶作为惯性质量增加了液面处罐壁的动液压力，但具有控制晃动波高的作用。储罐抗震减震设计时有必要考虑三向地震；双向与三向地震激励对晃动波高影响不大。.6)构建了叠层橡胶隔震基础、特氟龙滑移与叠层橡胶并联隔震基础、钢筋并联隔震基础、叠层橡胶环梁隔震基础。并结合地震动台的输入特性和承载特性，建立了储罐结构体系地震动实验的相似理论，设计了相关的隔震基础模型和储罐模型，进行了模拟地震振动台实验研究，并与理论和数值模拟进行了对比，验证了基础隔震的有效性，为工程设计和理论研究提供了科学依据。.依托该项目发表相关学术论文16篇，其中EI检索6篇，申请发明专利1项，授权实用新型专利1项，培养博士研究生4人，硕士研究生6人，在读研究生15人。