大型LNG储罐群桩基础的地震响应分析

• 作 者: 施江波
• 机 构: 河北农业大学
• 出 处: 河北农业大学
• 发表日期: 2015年01期
• 关键词: 桩-土-结构体系 动力相互作用 地震反应 数值模拟 时程分析

随着我国经济的飞速发展,对于能源的需求量也在逐年提高。天然气以它分布广泛、质优价廉、开采方便等诸多优点成为了我国能源储备的首选,因此LNG(Liquefied Natural Gas)储罐的建设量也在逐年增加,其储罐型式也向着大型、特大型方向发展。但我国的LNG储罐应用起步较晚,还没有实现自主化建造LNG储罐的能力,已投入使用的储罐都是通过引入国外技术来建造的,还没有相关的设计规范,这很大的限制了我国经济的发展。桩基础是LNG储罐普遍采纳的基础形式之一,同时也是LNG储罐抗震设计的重要组成部分。因为桩是深入土层的柱形构件,桩基础的震害机制不只与地震反应有关,还与结构自身的振动有关,这使得桩基抗震设计变得十分复杂。由于地震的不可预见性以及监测设备的落后性,导致桩基抗震的工程经验很少,其理论计算仍基于刚性地基的假设,忽略了桩-土-结构体系的动力相互作用,这对于LNG储罐抗震设计是十分不利的。对于桩-土-结构体系动力相互作用的研究分析,不仅为基础设计提供了重要的设计依据,也为上部结构的抗震设计提供了重要的指导。因此本文考虑桩-土-结构体系动力相互作用,对天津某大型LNG储罐群桩基础采用有限差分的数值方法建立桩-土-承台体系模型,并对其在不同地震波作用下的地震响应进行了对比分析,得出以下主要结论:(1)桩顶的地震反应明显小于桩端。地震波从桩端向桩顶传播过程中,由于桩体和桩周土阻尼的存在,消耗了大部分波动能量,使得传递给上部结构的能量减少。因此可以适当的增加桩长、桩径,来减小上部结构的地震响应。(2)不同桩位下基桩的地震反应是不一样的。在群桩效应作用下,距基础中心越远,其地震反应越大,即边缘桩的地震反应大于中心桩。在设计和施工中,应着重加强边缘桩与承台的连接强度。(3)承台边缘处的应力反应大于其中心处,在地震作用下容易首先破坏,在设计和施工时应引起足够重视,可以适当增加承台边缘处的厚度或增加其铺设钢筋强度。(4)减震层对承台可起到很好的减震效果。减震承台与非减震承台相比,在地震动荷载作用下,承台减震幅值平均减小70%以上。(5)不同地震波作用下,桩顶位移反应随地震波加速度的增大而增大,且在相同加速度时间间隔内,El-Centro波和人工波的波形比天津波能产生更大的地震反应。