柱承式立筒排仓抗震性能振动台试验研究

来源 :河南工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:clhsmith001
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筒仓是生命线工程中大宗物料的重要储存设施,广泛应用于粮食、冶金、化工等仓储物流行业。我国是一个地震频发的国家,地震中筒仓损伤破坏的现象依然存在。筒仓结构安全问题,特别是在发生地震灾害时如何保障其良好的抗震性能,是仓储结构建设领域亟需解决的关键问题。柱承式立筒排仓是以柱子作为下部支承体系,按单仓单线排列并联为整体的筒仓群,下部支承柱刚度远小于上部仓体,两者连接处存在刚度突变,容易发生地震破坏。柱承式立筒排仓结构不同于单仓,其动力效应更为复杂,简单将单仓抗震设计结果直接用于排仓,而不对其整体进行抗震验算,存在一定的盲目性和不合理性。因此,有必要对柱承式立筒排仓抗震性能进行深入系统的研究,揭示其地震响应机理,为柱承式立筒群仓的抗震设计提供参考和依据,具有重要的理论价值和工程实际意义。本文以柱承式立筒排仓为研究对象,对几何缩尺比例为1:25的排仓模型进行了地震模拟振动台试验,结合试验、有限元模拟及理论分析,对不同工况下两个主轴方向上排仓结构的动力响应及抗震性能展开了研究,主要研究内容和结论如下:(1)对柱承式立筒排仓模型进行了模拟地震振动台试验,获得了两个主轴方向上排仓结构的动力特性和动力响应,并与单仓进行了对比分析。结果表明:1)Y方向上排仓结构的自振频率与单仓较为接近,而两个主轴方向的值差异加大,表明了Y方向上排仓结构刚度与单仓较为接近且两者均小于X方向;2)排仓中不同位置单仓加速度响应存在差异,不同工况下排仓中2号仓的加速度放大系数总体上大于1号仓;排仓结构的加速度放大系数总体上小于单仓;3)两个主轴方向上排仓的位移响应差异较大,X方向上排仓的最大相对位移总体上小于单仓,Y方向上排仓的最大相对位移总体上大于单仓。从两个主轴方向上排仓结构的动力特性及动力响应来看,仅依据单仓不能全面反应排仓结构的地震响应特性,应考虑根据排仓中不同位置单仓及地震作用方向对排仓结构进行抗震设计。(2)揭示了地震作用下仓壁动态侧压力沿仓壁高度的分布规律。动态侧压力增值的分布规律与测点布置位置、仓体所处位置呈相关性,排仓中1号仓动态侧压力增值总体上大于2号仓,且在仓体顶部两者值均大于单仓。在排仓仓体上部1/3范围内,1号仓的超压系数大于2号仓,两者均大于规范规定的系数2.0,表明了地震作用所引起的贮料超压不能忽略,现行规范所采用的综合修正系数偏小,应根据排仓中各仓体所处位置对筒仓仓壁的内力进行计算。(3)建立了柱承式立筒排仓有限元模型,对其进行了地震作用下的有限元数值计算,获得了两个主轴方向上排仓结构的动力特性和动力响应。结果表明:1)模型前两阶振型分别为沿Y方向、X方向的平动,而三阶振型为排仓整体的扭转;模拟获得的排仓结构自振频率与试验结果比较接近,有限元模型的建立是合理的;2)排仓结构的加速度响应、位移响应及仓壁动态侧压力的有限元结果与试验结果均呈相似的分布规律;动力响应的有限元值与试验值较为接近,动态侧压力的有限元值大于试验值,表明本文使用D-P模型模拟仓内贮料存在一定的局限性。(4)基于振型分解反应谱法,采用三质点串联多自由度的动力计算模型,对两个主轴方向上排仓结构的水平地震作用进行了分析。结果表明:1)采用动力计算模型算出的一阶自振频率与试验值较为接近,计算模型的建立是合理的;2)X方向上排仓结构中各仓体的基底剪力分配系数较为接近;Y方向上排仓结构中各单仓的基底剪力分配系数差距较大,1号仓基底剪力分配系数为0.324,2号仓基底剪力分配系数为0.351;3)排仓结构中各仓体基底剪力均大于单仓,X方向上1号仓与单仓在不同贮料状态下的比值系数依次为1.12、1.01、1.18,2号仓与单仓的比值系数依次为1.13、1.06、1.20;Y方向上1号仓与单仓的比值系数依次为1.22、1.08、1.14,2号仓与单仓的比值系数依次为1.41、1.12、1.20。试验结果表明利用单仓形变及受力来推测排仓的地震响应存在一定的不合理性,应根据仓体所处位置及地震作用方向对排仓进行抗震设计。
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