文摘
高位水箱供水系统分为战略组成部分在现代城市管理。过去的地震事件揭示了这些结构的高脆弱性。探讨摇摆隔离的发展(RI)作为响应这些结构减排技术。使用一种分析方法,动态模型的两个隔离病例:轴架底座(1)和(2)在坦克。模型包含了一个简化的类比模拟油箱的液舱系统修改下摇摆运动。基于摇摆结构的动力学运动方程,影响,隆起过渡。然后,自由振动和地震响应进行历史分析样本结构。讨论是由国际扶轮的影响上的动态和地震反应液舱系统的基座和组件。各种国际扶轮的影响情况下,基座高度,和坦克填补水平研究了一群兴奋的地面运动的整体结构。考虑到系统可能容易受到其他横向载荷,合并后的风力和地震灾害的影响也进行了研究。 The wind loads are assumed to act statically and simultaneously with the seismic excitations. Results show that the first case of RI decreases the acceleration demands of mid-rise and tall structures, thus lowering the structural demands to 50% of the fixed-base system. However, the second case of RI has almost no effect on the performance of the system, upgrading only the response of mid-rise structures. Both RI cases also aggravate the wave oscillations and increase the freeboard requirements. Finally, while the combined seismic and wind hazards have almost no effect on the operational performances, the force demands of the structures are increased by 10%.
1。介绍
摇摆机制是一种低损技术,不仅降低了传播的非线性损伤结构组件,还减轻了停机时间和维修成本结构的事件(地震后1]。此外,当励磁,摇摆结构将回到原来的位置和固定基地结构不同,没有残余变形。这也提供了弹性行为对级联多个余震等危害。摇动的这些方面,除了古建筑与现代的无意摇摆行为或配备摇摆隔离(RI),这期间表现良好过去地震(2,3),引起了许多研究者的关注。第一摇摆rigid-like分析模型结构刚性基础提出了Housner [2)为了调查高的细长结构的行为,如高架水箱,在1960年的智利地震幸存下来。结果表明,尽管出现了这些结构的不稳定,有一个规模效应使得更大的比小的类似的几何结构更稳定。
以后,这种技术应用到各种结构系统,如建筑和桥墩的目的很多理论(3- - - - - -11和实验研究5,8,12,13]。很多研究显示显著的动态稳定性和低损能力的刚性(4- - - - - -8)和可变形的结构(9- - - - - -13]。这也包括研究等总成摇晃的身体叠块(14),摇晃古代帧和元素(15),和摇摆组件加上应用系统,如摇摆平台结构(16)或与tmd (7,17]。此外,也有一些研究在故意摇晃nonbuilding机制结构的应用或开发等工业设备(18],桥墩[19),和建筑或艺术品20.]。
然而,有相对较少的研究液体储罐的摇摆行为甚至稀缺的RI应用坦克。首先是为数不多的研究调查的影响旋转/摇摆组件的基础激励响应的坦克和固耦合(FSI)系统(21,22]。这一群体的研究也有类似的方法是首先提出Housner [21),即。,一个nequivalent analytical model is presented for seismic response analysis of tanks under the action of rocking base excitation. The advantage of this model is the rotational mass component added to the former equivalent mechanical model of the liquid-tank system, which can be used in similar models of rocking tanks. The other category of these studies mainly focuses on the “unintentional” uplift of the bottom plate of ground-supported tanks [23- - - - - -25]在地震或动态行为。最后,大多数的研究进行储罐的抗震性能升级与滑动隔震技术的应用程序通过使用弹性轴承(26- - - - - -28)或应用程序困惑阻尼板(29日]。因此,作者的知识,没有研究致力于国际扶轮的“故意”应用机制液体储罐(升高或其他)作为地震响应升级策略。值得注意的是无意之间的主要区别摇摆的结构和RI的有意的应用是结构需要回到原来的未变形的位置和没有滑动或允许走出,即。、必要性系统弹性行为。
虽然实验的详细调查研究进行摇摆结构超出了本文的范围,一些最近的活动8,12,13显示这些研究的困难和局限性。因此,开发的分析或数值模型分析摇摆结构被认为是由许多研究人员。在这方面,多个有限元模型提出了“刚性”和“变形”30.- - - - - -32]摇摆结构大部分验证相应的分析模型。因此,作者应用有限元方法(33)使用OpenSees框架的地震分析地面坦克与RI仅限于地面钢坦克。然而,这个模型不是由前面的分析或实验验证的方法(23)由于建模技术的局限性的影响。因此,开发一个分析模型与摇动液体储罐是被证明是必要的。
我们所知,谷口的研究(24)是唯一的研究部分调查的摇摆行为地面坦克使用分析模型。谷口应用Housner-like [2)方法的作用下刚性的平底坦克水平基本励磁和派生的摇摆运动的方程。尽管他简化等效分析模型通过省略晃动或对流组件从液舱系统和假设罐壁弹性组件,总液体质量是假定为研究全球稳定的结构。此外,摇摆的影响效果接口结构的反应不是讨论他的模型。
最初,本文侧重于解决谷口的模型的缺点和进一步发展这个模型的平面(二维)地震分析故意rock-isolated高架坦克在水平和垂直的基础作用。为此,首先使用的方程和系统方法在上述的研究进行了综述。然后,摇摆的一般假设为发达模型提高坦克。此外,在摇摆的影响影响全球响应接口再现。数值算法给出了求解运动方程中似乎耗时少一些特定的原型与“硬”数学方程。
以后,本文的另一个目标是获得基本信息的适用性和有效性RI作为地震响应升级技术。因此,遵循类似的方法应用于先前的研究在slide-isolated高架坦克或类似的结构26- - - - - -28,34),2例RI调查:(1)隔离底部和(2)隔离罐。在这两种情况下,高架坦克是假定为位于硬土场地和地基基础相互作用被忽视。考虑到该系统可能容易受到其他横向载荷,地震和风荷载的组合效应也进行了研究。风载荷同时认为静态和地震波。因此,参数研究进行的一组原型与各种基座/轴高度和坦克填补水平的共同作用下,分析了地震和风危害。
2。摇摆高位槽的分析模型
2.1。评论类似的分析模型
首先,通过应用相同的假设应用于Housner的分析模型2),2 d同质的摇摆运动方程刚性块的长宽比对角线的长度水平和垂直基础激励下如下: 在哪里是物体的旋转反应,是物体的总质量,物体的转动惯性质量是它的一个主点(O或O′)。同时,和分别是基础的水平和垂直分量加速度。
谷口[23]同样的方法应用于地面水平基础激励下钢槽(图1)。只考虑的第一振型液舱系统,平面摇摆运动方程推导如下: 在哪里 , ,和分别是质量、刚度和阻尼系数对应的第一振型液舱系统和是第一个模式位移响应。同时,的摇动反应罐。最后,和分别是,所有坦克液体的质量和转动惯性质量的主点(O或O′)。
关于其假设和方法,谷口的模型有以下缺点:(我)包括液体质量的总体价值和它的转动惯量在方程(2)不切实际的稳定坦克在摇摆运动,从而产生较小的转动和转化反应和非保守的值。因此,研究人员表明,比例,而不是总值,特别是对于这些参数应该使用在分析摇摆坦克(21,22无视底板的刚度。(2)对流的影响液舱系统的组件不包括在这个模型中,,稍后讨论,展示了全球动态稳定和显著影响摇摆摇摆高架坦克和位移响应。(3)分析模型的细节,包括在摇摆的效果影响接口的postimpact反应罐不讨论了在这个模型中,只有一个不完美的恢复系数( ),的价值和计算方法不明确,用于测定postimpact旋转反应。(iv)压力的变化反应作用于舱壁的摇摆运动系统的各个组件不是研究。
观察上述言论,本文的主要目标之一是把重点放在解决这些缺点和开发模型的地震分析摇摆高架坦克。
2.2。开发模型的一般假设
如前所述,摇摆高位槽,轴分期研究。两种情况的国际扶轮在不同层次上都被认为结构:底部(C1)或基座下/轴(图2)和(C2)在水箱或底座(图3)。如图所示的数据2和3,液舱系统由等效机械类比建模包括集总质量、弹簧和阻尼器。这个简化模型的属性的组合分析方法提出的Housner [35,哈36],和哈Ellaithy [21)如图4。这个比喻的主要优势是能够研究转化的综合效应和摇摆运动的反应液舱系统。这主要是通过考虑修改后的转动惯量液舱冲动/刚性组件是非常重要的在分析系统经历摇摆运动。在数据2- - - - - -4》的下标C”、“1”和“0”描述的“对抗性”几何属性(长宽比, ,和径向距离枢轴点,R)质量对应的对流,墙的灵活性,简化的液舱系统的和冲动的组件,分别。同样,下标的“r””,f”和“年代”对应于屋顶水箱,水箱地板,重力和支撑轴中心(C.G.)。也是“液体的灌装水平。“此外,以下假设是在分析国际扶轮情况下:(我)水箱结构存储液体及其组件包括屋面板、楼板和框架梁和的基础是假定为刚性结构。然而,在所有情况下,支持/轴结构被认为是横向变形。罐壁的灵活性也被认为是通过上述简化液舱系统(图4)。(2)液舱系统被认为是与水箱结构完全约束在地板的垂直方向,及其组件严格与罐壁的方向移动。(3)系统弹性,摇摆身体(C1或坦克C2轴)限制不滑动或推出它的初始位置。这个约束被认为是一种抗剪键提供了接口。在第一种情况下(C1),提供了剪力键的基础上,在底部的轴(图2)。第二种情况(C2),类似的剪力键假定在内胆底部的地板上,轴的顶部。这些假定剪切键确保直接转换轴之间的剪切力和变形和基础或箱。(iv)结构被认为是位于坚硬土壤网站(类B或C根据第3期7 - 16 (37]),地基基础相互作用可以忽略不计。具体地说,它假定RI在第一种情况下,岩石结构的刚性地基底部土壤完全约束。(v)摇摆或接触表面在隔离情况下都假定在摇摆运动保持不变,没有破碎。此外,这些表面上滑动受限。(vi)影响postimpact响应条件的影响的结构和能量值Housner主要是基于假设的分析方法(2后)和其他研究人员如乔普拉和严4)和Vassiliou et al。10]。更详细的假设为每个RI案例介绍和讨论。
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
2.3。Preuplift阶段的运动和隆起过渡
第一节课所需的方程分析了摇摆结构包括(1)运动方程在preuplift /次的阶段,(2)隆起起始方程通常定义为一个条件方程所需的最低水平加速度启动摇摆的结构。如数据所示2 (b)和3 (b),在preuplift阶段,系统就像一个普通航空机场结构和有三个自由度(总位移的对流质量),(相对位移墙的弹性质量)(轴顶端的弯曲变形)。因此,以下描述的系统的运动微分方程组: 在哪里 , ,和质量、阻尼和刚度系数对应的对流部分反应液舱系统,分别。同样的, , ,和质量、阻尼和刚度系数墙的弹性组件。冲动的组件的质量,即。、屋顶 ,地板上 ,和 ,也总结了 。同时, , , ,和广义的质量、阻尼系数、刚度系数、轴和激励系数,分别由假定轴定义为广义应用系统。因此,轴顶端的横向变形假定的广义协调与统一的质量和抗弯刚度轴。
先前的研究后,提升标准刚性块派生的平面摇动等同静态推翻和恢复时刻的枢轴点。然而,摇摆高位槽、液舱系统除了系统的几何和力学性能修改这个方程。根据图2,推翻和恢复力矩整个结构的受力与C1在preuplift阶段之前,立即提升如下: 在哪里 , , ,和质量的参数用于定义和不同几何结构的各种组件的属性 和液舱系统 (图2)。同时,考虑弹性质量的相对位移, ,一个可以获得preuplift阶段: 。通过将这些摇摆准则确定如下: 在哪里轴的总质量。上面的迹象在方程(5)- (7)对应于隆起的轴心点 反之亦然。因此,C2,外部力量作用于轴省略和可变形性的影响被认为是如下(图3 (b)):
2.4。摇摆运动方程
开始摇摆后,国际扶轮的系统在这两种情况下的运动是由四个自由度:描述(摇响应),(水平位移的对流质量),(相对位移的灵活性质量)(轴顶端的相对位移)。运动方程(加工)使用拉格朗日公式推导: 在哪里T和V系统的动能和势能,分别和非保守的力作用在景深 ,研究模型的阻尼力的各种组件。后者是由工作的变化通过在一个容许的虚拟位移的非保守的力量 :
方程(9)也称为拉格朗日加工的直接结果应用哈密顿变分原理(38)所有系统(线性或非线性)与特定的条件:能源和工作条件可以表示选择的自由度 ,他们的时间衍生品,以及他们的变化(和 )。
放置的轴的轴中心线的基础(图2 (c)),总位移场的各种组件系统与C1由以下表达式:
值得注意的是,下标米代表equal-displacement点米代表的舱壁水平对流质量(图5)。同样,C2,槽的位移场是通过以下表达式:
(一)
(b)
equal-displacement“点”米是一个虚拟点认为是位于水平对流质量相等的舱壁的距离和移动与他们严格(图5 (b))。这个点的位置是非常重要的在简化和描述对流阻尼和液舱系统的势能。此外,考虑到简化的假设模型中引入图5和观察了一些实验项目(23),对流质量链接到罐壁假定仍在摇摆运动水平。
因此,C1,罐壁的总位移场灵活性组件包括相对位移以正常的方向(图2 (c))如下: 在这个术语 等于弹性组件的选择自由度 。现在,通过应用方程(9)第一个自由度 ,第一个加工C1如下: 在哪里和相当于基本频率和粘性阻尼比对流组件对应的液舱系统,分别。其他加工对应第二个自由度C1还获得如下: 在哪里的基频是罐壁弹性组件。
方程(14)和(15)也同样为C2开发考虑方程描述的位移场(12)和(13)。为了简便起见,这些加工除了相应的第三和第四个自由度,即,和 ,提出了在39]。应该注意的是,C1,通过省略旋转反应( , ,和 )从方程(15)和(16),加工在preuplift阶段(方程(4))和摇摆起始方程(方程(7)复制。这给了第二个类所需的方程分析了摇摆高架坦克在水平和垂直的基础作用。
2.5。效果的影响
重要问题需要解决对摇摆摇摆表面结构的影响,改性方法postimpact响应的结构。这些具体包括postimpact速度4自由度的结构。继续摇摆运动在每一个“事件”的影响直接关系到计算这些反应的“下一个”运动的初始值。的postimpact运动分析的结构是相同的加工,但是通过使用新的初始值从“直接”获得postimpact状态。虽然各种分析模型转换的影响摇摆结构已经被许多研究者提出(2,4,8- - - - - -10),这些模型的主要假设几乎如下:(1)转换非弹性的影响,(2)影响转换和摇摆角是瞬时的变化,和(3)的影响力量都集中在新支点(影响角)。后一种方法首先提到的米克(40和延长Vassiliou et al。10),观察到更保守的估计的影响是“完美的”非弹性没有反弹。这意味着在每个事件影响,坚持摇摆界面结构的“对抗性”阶段,轴的垂直分量速度阻尼。因此: 指数的“2”对应于postimpact状态。此外,线性动量守恒(投资)沿着水平方向给出了整个系统的方程postimpact速度的轴, 。C1,它是由(数字6(一)和6(b)) 在哪里是轴的总质量。所有其他参数定义,如图2(一个),6(一),6(b),摇臂轴的去除效果也给C2以下方程:
(一)
(b)
(c)
(d)
应该指出的是,上述组件的速度场是来自不同的位移场相应的国际扶轮的病例。关于系统的4自由度,两个方程需要找到postimpact响应。另外两个影响条件是基于这样的假设,对流和灵活性组件之间的相对速度和水箱结构不改变之前和之后的影响。因此:
通过求解方程(17)- (21)的同时,可以获得postimpact摇摆高位槽的反应。因此,运动和其他的过渡阶段选择用这些反应在方程(7)或(8),它可以摇摆运动的延续(部分2。4)或重启的preuplift阶段运动(部分2。3)。值得注意的是,采用 在C2,一组方程提出了类似[6]摇块站免费在地震孤立基地。
2.6。分析模型的验证
在这项研究中使用的分析方法基本上来源于由Housner首次引入的方法(2),后来是在其他的研究中,如米克(40),乔普拉和严4,斯帕诺et al。14]。尽管严格的摇摆结构有限元模型近年来更发达,这些模型仍然需要一个可接受的基准进行比较和验证。由于实验的困难和限制活动8,12,13,23,31日),这个基准测试通常是选择行之有效的分析问题来测试数值模型在极限情况下(10,16,17,31日]。
因此,虽然现在的工作不是全新的,方法本身是一个验证过程的第一步。作者用这种方法以及实验活动(33,39)来验证和改进之前介绍了有限元模型(33]。
然而,一些验证也进行(39)基于类似的分析问题的结果。第一RI (C1)的情况下,通过移除组件(对流和灵活性 ),结果验证了提出的可变形的悬臂结构摇摆在刚性表面10]。同样,C2的分析模型与一个摇块相比,站在地震孤立基地(免费6]。
3所示。数值解的过程
尽管有些区别国际扶轮系统及其控制方程研究了本文的算法分析(图7)基本上是类似的其他摇摆结构(4,8,10]。然而,有一些修改。首先,加工集成数值使用MATLAB的“数值”解决方案41]。这个包是基于显式龙格-库塔公式(4、5),即Dormand-Prince两(42),这是一个一步微分方程解算器只需要立即的解决方案之前的时间点。在每个阶段的运动过程中,加工集成使用初始状态值(IVs)的每个组件,包括初始位移和速度场。
生产解决方案有足够的精度,当地一个错误(ε)估计每个时间步的解算器必须小于或等于一个可接受的错误(ε一个)如下:
在这个方程,RelTol是一个错误的规模相对于每个解决方案组件的大小和大约控制在所有解决方案组件的数量正确的数字。此外,AbsTol低于一定数量限制,每个组件是“不重要的价值。“这宽容专门确定解决方案组件时的精度趋于0 (41),如摇摆结构,事件的影响和达到零。
因此,上述可接受的错误是用于控制时间步大小(dt)中使用的集成过程。再次,应该小心地控制在事件的影响。另一方面,由于加工摇摆运动阶段的非线性和数学”僵硬,“最大时间步大小应该是有限的,这样解决不会增加时间步长太多,跨过事件或其他关键事件的影响。
除了上述参数,相对公差,绝对误差,本研究中使用的最大一步大小决定基于灵敏度分析的结果。因此,相对和绝对误差被选为小年级和10 - 12分别,前者对应相同的精度。最后,考虑到最小的系统组件的振动周期,最大时间步长设置为三分。
除了数字加工的刚度,上述解决配置导致耗时的计算。因此,也采用了另一个修改。观察到,超过90%的所需的时间运行样本结构的分析过程消耗的摇摆运动阶段和检测的“主要”影响的事件。“主要”一词描述如下:它是观察到的主要影响是紧随其后的是一个组合多串行microimpacts坐落在很小的时间间隔也可以忽略不计postimpact响应振幅(见部分5。1)。一般来说,解决摇动加工完成的时间间隔(上升时间即时) ,这是即时的时间产生重大影响。从这一刻起,没有一个重要的摇摆运动一段时间。因此,如果决定,忽略了其它microimpacts的影响,其计算是徒劳的和费时,摇摆阶段可以更早停止和运行脚本所需的时间明显减少。为了这个目的,如果microimpact事件之间的时间间隔和相应postimpact反应同时成为太小(<可达),结果表明,摇摆阶段终止了“重大”的影响。而这些条件不验证的分析C1,解决方案不是非常耗时的过程,这一战略是C2更有用。上述数值过程中实现一个原始MATLAB脚本,其流程图如图7。
4所示。研究小组的描述
研究小组包括18结构各种几何和结构性质,本文选择“原型”这样的可扩展性分析可以得到证实。被选中的基本几何原型按照实际结构,即水塔是位于雷什特1号,伊朗北部,1990年曼吉尔地震中倒塌了43]。一个示意性的结构如图8(一个)。维的简化模型研究了混凝土油罐如图8 (b)。
(一)
(b)
假设基本25-meter-high轴作为中高层的结构,另外两个高度,15 (m)为低层和高层结构35 (m),也选择包括轴高度的影响研究。此外,3罐灌装水平不同(满,一半,空的)也选择的影响研究液体高度的灵活性和对流组件响应。轴和坦克的原型都认为是对称的圆柱壳结构。最后,假设 = 1半径和壁厚比 = 0.04混凝土油罐、特点的等效模型计算分析类比图4和部分2。2鉴于在表1。
5。结果描述样本的结构
5.1。自由振动分析
介绍了原型的25米高的轴和混凝土油罐在完整情况下(25-1-CONC)被选为样本结构。这个示例结构的规范化的自由振动响应给定的初始倾角 国际扶轮的第一和第二例显示在图吗9。这些结果也比“相似”的固定基地结构(下标“地铁消防队”)的初始位移分析最后指定的轴。部分的弹性响应图9(蓝框)经验高频振动分别放大视图的图所示10。
(一)
(b)
(一)
(b)
值得注意的是,在这些分析,轴的固定基地阻尼比和槽壁被0.015而对流组件的阻尼比等于0.005。这些值提出了主要的结构/坦克认为期间保持弹性地震激发(10,44]。因此,以下言论所吸引:(一)之间的对流反应:每两个连续的影响,系统组件除了对流进入运动状态,即。上升的状态,“这经验更高的弹性振动频率和阻尼比。这是一个类似的状态报告的其他研究人员结构与地基隆起(4)或变形摇摆结构(10]。然而,对流组件的响应并不遵循这个状态和频率减少在国际扶轮的病例。例如,线性化方程(15)和省略这个词的基础激励 因此,从方程(23),提高频率, ,和衰减系数上升, ,对流的组件大约如下: 在增加 ,上升的频率降低,但阻尼比增加。(b)壁弹性反应:据报道实验(12]硬结构经验强振动后的影响。这就解释了墙的高频振动弹性组件如图10。但是,从另一个角度看,墙弹性组件是那么僵硬 它的运动约束与轴运动,即。,米oving “in phase” with the shaft and oscillating with a close amplitude ratio of the shaft: 因此,即使隆起,振荡幅度墙的弹性组件在第一种情况下的RI (C1)降低轴的比例几乎相同。但类似的高频振动(图10 ())坚持,因为它更大的刚度 。然而,这不是第二个病例(C2)。应用国际扶轮只坦克不减少轴响应的C1。因此,墙上灵活性组件C2影响更多的影响和经验更强的频率振动(图10 (b))。这将导致更大的变形比普通航空机场结构。(c)冲动和轴响应:C1的脉冲响应,这也是研究坦克C.G.,is dominated by the rocking response of the whole structure and increases up to 12% of that of the fixed-base system. But, in C2, it is a superposition of the shaft and rocking responses with more domination from the shaft. Thus, it does not change notably compared to the fixed-base system.(d)交互对流和摇摆的反应:在结构与C1,对流反应的交互影响的历史摇响应(θ)、数量的影响和耗散能量的比值。例如,在第二次冲击1.4 (s),而第三高峰θ倾向于减少,对流反应行为相反的方向,因此,峰值降低更多。在这种情况下,对流和摇摆响应行动的阶段。“但是,相反的发生第三次撞击之后在2.1 (s),而预计θ减少由于新的影响和其能量耗散机制,对流组件,“阶段”θ结果在一个更大的绝对峰值(0.0043 (rad))相比之前的峰值(0.0040 (rad))。虽然这持续的运动,摇摆的反应不断减少在一个不规则的模式(图11 (a)),不同于其他结构与国际扶轮。比较这些结果与类似的RI系统等效质量和几何但是没有对流的“互动”效应组件如图(11日)。作为样本结构,说明存在对流组件的增加的数量影响耗散能量的总量也在同一时间(图11 (b))。这也表明,对流组件可以被推荐为“额外的”能量耗散和阻尼机制与自由摇摆运动结构,这通常被认为是具有非常低的辐射阻尼的系统(45,46),即。,from the radiated energy on each impact. Thus, the convective component plays a notable role in the dynamic analysis of liquid tanks with RI.(e)能量耗散在C2:讨论(45,46),蹲摇摆结构(H / B≤1)显示更大的辐射阻尼。因此,在C2第三影响后,摇晃的反应大大抑制了,大约成为零。然而,接下来就有一系列microimpact-uplift转换,如图10(右上角),最初是一个数值不稳定问题的过程中所描述的部分3。然而,这一现象导致了导致共振和高频振动的弹性组件(c)中描述。
(一)
(b)
5.2。历史地震响应分析(SRHA)
5.2.1。变形和Rotation-Based反应
历史地震响应分析的结果相同的样品结构的作用下在Tonekabon站1990年曼吉尔地震记录(R # 4-PEER工匠们164047)(图12本节中给出。后来(部分所示6.1),这是一个远场活动疲软的垂直分量和高光谱的频率范围1.2 - -1.5 (Hz)。即侧向位移和对流的流体压力要求( ),灵活性( ),和冲动( )液舱系统的组件除了轴的变形响应( )得到和规范化的最大反应类似的固定基地结构(地铁消防队)。样品结构的变形响应与“第一国际扶轮的”(底部C1-isolation)和“国际扶轮的第二个案例”(C2-isolation坦克),分别如图13。
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
讨论了自由振动分析(FVA), 1990年曼吉尔地震的作用下,相同的“上升的国家”。这是特别的情况下轴挠曲响应在C1。此外,虽然油箱壁的振荡幅度减少高达40%的固定基地系统与C1, C2增加多达20%。同样的,其他的话解释FVA部分对其他组件的响应。值得注意的是地震摇动的C2连续pulse-like与摇摆运动响应低至0.0004 (rad)(图13(a))。首先,看来这有限的隆起在地震反应没有影响,比较固定基地坦克。但这些有限的连续状隆起模拟不上升的状态,导致较低的变形响应的坦克和轴(数字13(b) (D)和(E))。但是,对流系统的反应不受这种现象影响小的值(方程(24))。然而,响应C2轴的行为更像slide-isolated系统(26,28),没有相当大的振荡频率或相位变化。
5.2.2。Acceleration-Based反应
反应评估摇摆结构,国际扶轮的影响往往是研究在旋转2- - - - - -8)或位移的要求(9- - - - - -11,16,48系统的)。然而,在液体储罐,加速度也是一个至关重要的反应力和压力的确定组件的要求。外侧流体压力的需求每个组件引起的液舱系统的计算 在哪里的质量是相应的组件(n= C,x我),是“总”加速度响应所描述的是哪一个 对各种组件。这些水动力的力量使其总和剪切箱壁的底部。
因此,历史的归一化流体动力作用在槽壁的原型绘制在图14。由方程(27),它可以显示相同的讨论变形响应,如上升状态,控制系统的加速度响应。因此,同样的变化是观察到的加速度反应和水动力液舱系统的历史力量。然而,灵活性和冲动的组件也受到突然的变化迹象和角/平移速度组件的值 由于影响转换(方程(19)- (21))。关闭/串行的效果是其他参数影响作用于加速度响应;专门看结构的响应与C2(图13(一))或一开始反应的一部分C1(图13(a))。更大的是两个连续的影响之间的时间间隔;结构有更多的时间来抑制振动,降低加速度响应。因此,可以得出结论,第一种情况的RI (C1)通常会降低结构的加速度反应,而C2持有相反。然而,无论是国际扶轮的情况下,对流的加速度响应组件并不影响转换的影响,因为在下一节中讨论。
(一)
(b)
叠加的流体动力液舱系统的给出了剪切力的历史“罐基础” 。冲力要求坦克屋顶和地板也添加到这个力。然后,通过添加这种剪切力引起的剪切力轴振动,总基底剪力(底座)计算(图15)。如图所示,和国际扶轮的结构减少更多的C1(10%)比C2 (50%)。此外,研究 ,虽然C1的摇轴减少近4%,固定基地在C2轴也在不断增加几乎相同的金额。应该注意的是,虽然水动力部队的灵活性和冲动的组件在国际扶轮病例分别大于固定基地的结构在某些时间跨度(图14),但行为的组件彼此相反的方向在这些时间跨度。因此,总和,即 ,低于普通航空机场结构。
(一)
(b)
5.2.3。晃动和波振荡
最后,里面的液体储罐是涌动在地震事件,因此需要干舷津贴。为此,最大波振荡由于地震加速度和所需的干舷津贴的定义和计算流体表面的垂直位移 在哪里D内径的坦克,是总加速对流组件 的液舱系统,重力加速度。
波振荡的时间历史样本结构规范化为类似的固定基地提供的1.5干舷结构(图8),如图16。正如前面所讨论的那样(方程(24))、地震对流组件的振荡频率减小系统中与国际扶轮的病例。
(一)
(b)
此外,摇摆和对流运动之间的交互效应C1,正如FVA部分中所讨论的,导致稍大的对流加速度响应。因此,更大的波振动。然而,样品结构与C2不经历任何显著的变化在地震加速度响应的作用下1990曼吉尔(R # 4)。下一节所示,摇摆的干舷要求提高坦克需要被重提。
6。参数下的响应分析多种危害
在之前的章节中,发达的分析能力模型作为例证。以后,这项研究的目的是获取基本信息国际扶轮的适用性作为地震响应提高坦克的升级技术。各种参数包含在分析各种属性的基础上,研究小组介绍部分4。
此外,考虑到系统与国际扶轮也可能容易受到其他横向载荷,风载荷的影响也研究了在这一节中。风载荷被认为在两个组合:静态(1)独立之前或之后的地震激励和(2)同时地震激发。在后一种情况下,假设风持续时间是足够长的时间49)和最大的地面加速度同时发生。值得注意的是,在一些地震易发地区,如城市曼吉尔,伊朗北部,平均风速总是如此之高(50]。因此,第二个组合可以横向载荷作用于最糟糕的场景中一个重要结构如高架水箱。
6.1。地震波
介绍了研究小组(部分4)一个很兴奋的3对远场地面运动记录属性见表2。每一对包括水平和垂直组件的事件(图17)。加速度图主要记录在公司网站(网站类C)和从对等NGA-West 2数据库选择47]。记录被扩展到mc响应谱的第3期7 - 16 (37high-seismicity区),即SD1 = 0.66 (g)和SDS = 1.26 (g)。
(一)
(b)
(c)
在自由摇摆结构等系统研究,摇摆振幅的振荡频率的变化,没有独特的基本频率。然而,随着讨论的部分5。1,系统可以在一个研究范围的频率接近类似的固定基地系统的频率。因此,时间范围扩展有一个上界对应“首先对流模式”和下界对应于第一个空结构的振型,即。,一个lmost 0.15 (s). The records were scaled such that the average spectrum of all horizontal components does not fall below 90% of the target spectrum for any period within the mentioned range (Figure17 (c))。因此,合奏的光谱属性选择,每一对激发各种范围的频率。第三对(RSN900)是专门选择研究垂直分量的影响。
6.2。风荷载的细节
风载荷计算是基于第四陈纯7对风险类别的需求结构(37]。确定设计的基本风速加载选择的是45(米/秒),对应于风危险区域与伊朗最高阵风速度(51),如曼吉尔。风荷载参数总结在表3。分布的高度设计风载的原型也显示在图18。
(一)
(b)
(c)
6.3。无量纲参数
众多的属性选择原型结构和大量的主导参数使无因次反应评估困难。然而,反应可以规范化的固定基地结构相似的几何和工程性质。因此,解释结果和横向性能升级的模型更加实用。为此,5无量纲参数(年代的变形和年代力/力矩响应),每个最大反应的比率,定义如下: 在下标“facebook”对应的参数提供的类似的“固定基地”结构的干舷假定为1.5 (m)。此外,脉冲质量的水平位移(m0图吗4),大约估计位移的C.G.液舱系统。值得注意的是,实际比例的重要性因素修正因子的响应 普通航空机场高架储油罐几乎等于或小于1 (37,44]。因此,上述参数提供可比的信息设计的适用性和有效性RI升高液体储罐的反应减轻。使用这些参数,“三”的主要性能分类系统进行评估:(1)操作 ,(2)结构 ,和(3)表演 。
下面的插图(数据19- - - - - -22相比),获得的无量纲参数和各种国际扶轮情况下,地震波,轴的高度,和坦克填补水平。因此,两个负载组合包括(1)独立的地震灾害和(2)并发风力和地震灾害(年代+W),在这些杰出的插图。此外,红色虚线基线在一些图表显示的情况下,他们的反应超出了类似的固定基地的结构。专门为力/力矩响应,这说明性能的降级。
(一)
(b)
7所示。讨论的结果和表现
在本节中,各种参数的影响(1)操作,(2)结构,(3)力提出RI系统的性能进行了探讨。
7.1。国际扶轮的影响情况
(1)对流反应和波振荡,主要“操作”组件,直接受到国际扶轮的影响。波振荡都增加了大摇摆反应(θ),还放大对流加速度( )在坦克的水平。其他操作组件是坦克C.G.位移( )这主要是受到摇摆的反应整个系统的影响。作为讨论的部分5,第一个国际扶轮案例(C1: RI底部)开发大摇摆响应(吗?比C2)。因此,原型与C1经历大C.G.位移比C2(图19,20.,22(中间),21(上))。作用下考虑合奏的地震运动,C2的原型显示固定基地结构几乎没有优势。然而,C1的原型进行了反应10至50倍的固定基地的结构。这与摇摆反应约0.1 (rad),也是在一个安全的边缘推翻,也就是说, (图22)。与C.G.位移不同,对流场和干舷津贴RI情况下被降级。虽然高度受地震激励的性质,僵硬的原型与C2超过C1振荡频率较高(图8 (b)),因此开发更大的加速度。这导致更大的波振荡(方程(29日))。与C1,然而,对于原型波振荡主要是由于更大的摇摆的反应,而不是放大加速度。这种现象也观察到类似的摇摆结构(10]。(2)所描述的“结构性”表演的轴C.G.位移的响应遵循类似的模式。的作用下考虑地震运动的合奏,C2原型的结构性能显示几乎没有优势固定基地结构( )。同样,短C1原型(C1-15)经历过这样强烈的影响和高频振动位移变得比那些相应的固定基地结构( )。然而,中高层的的结构性能和高C1原型(C1-25和C1-35)升级到至少50%,即。,减少一半的轴的变形要求相应的固定基地结构( )。因此,最好的结构性能预计从纤细的原型配备C1。(3)所示的最后一行数据19- - - - - -22“力”表演C.G.遵循类似的模式,轴位移。因此,力性能比率几乎等于结构的表现。
7.2。地震基础荷载的影响
地震记录的影响性能的原型结构是隐式地在前一节中讨论。结果表明,主要的记录范围的频率(或时期)接近液舱系统的组件或轴对这些组件实施更高的要求。(1)如图17,没有记录。2在对流的频率更高的光谱功率组件。因此,开发更大的加速度和对流反应激烈的原型。等灵活的原型,然而,那些C1,大型对流反应也没有发达的作用下记录。3所示。这个记录对覆盖更大范围的频率和更强的垂直分量(更高的风投)。因此,它产生了更大的摇摆的反应。相同的模式也观察C.G.位移和表演。得出操作表演可以下调作用下的记录的主导频率范围较宽。(2)中高层的结构性能和高的C1原型(C1-25和C1-35),升级最高的比率,并不影响地震记录的属性。然而,其他原型的表现记录主要影响范围的频率。例如,短C1原型(C1-15)的反应被记录没有影响更大。1。(3)所示的最后一行数据19- - - - - -21,“迫使”表现相似的结构性能和C.G.位移。
7.3。轴高度的影响
(1)如数据所示19- - - - - -22、各种轴高度对操作性能几乎没有影响。然而,短的原型与C1经历C.G.位移比相应的固定基地的结构。之前所描述的,这是由于高频振荡和更强的影响经历了激烈的摇摆结构。(2)轴的高度对操作性能几乎没有影响的C2原型。然而,正如之前所讨论的,由于更高的刚度,短C1原型(C1-15)经历了较大的轴位移比中高层的或高的原型。后者表明几乎类似的表演。(3)所示的最后一行数据19- - - - - -22,“迫使”表现相似的结构性能和C.G.位移。
7.4。坦克填补水平的影响
(1)各种槽馅料水平,如图22几乎没有影响操作表演的坦克。然而,一半的坦克的原型经验低波振荡比相应的固定基地的结构( )。然而,干舷津贴必须评估结果的基础上加满原型,所需的1.5 - 2倍的干舷的固定基地的结构。值得注意的是,如图22(中间),完整的和空坦克发达C.G.位移几乎相似。因此,与普通航空机场结构不同,空的结构也应该被视为一个关键的设计案例。(2)同样的,各种坦克馅料几乎没有对C1原型的结构性能的影响。然而,一半和空短结构(C1-15)经历了较大的轴位移。一半的C2原型和空坦克也不受国际扶轮。
7.5。结合风力和地震灾害的影响
地震和风的并发效应危害的最大反应原型总结在图23。此外,图24显示各种参数的最大不同比例组合载荷下产生。由于风荷载,如部分所述6.2认为静态行为,没有更改应用到系统的动态响应,如加速度。只有静态变形和位移的坦克和轴与地震荷载的响应叠加。此外,由于高槽结构的刚度支撑轴相比,坦克变形下风力也小于轴。(1)因此,对流反应和最大并发地震和风载荷下波振荡(年代+W)相比没有修改seismic-only反应。如图24,对流反应的最大比率不到1%,这是由于增加的旋转风荷载下的液舱系统。类似的模式观察与C1 C.G.位移的原型。由于坦克在C1是限制轴,风荷载没有增加C.G.位移。然而,考虑到坦克在C2自由旋转,旋转比C1的观察。因此,C2的C.G.位移原型载荷组合下增加了7%。(2)遵循类似的模式,轴位移和结构性能的C1原型载荷组合下增加了7%。这一比率是5%左右C2原型。(3)考虑风荷载的主要部分是作用于轴力的C2原型载荷组合下修改后的不到3%。与C1,然而,对于高结构基底剪力比率约为10%,联合载荷下的最大比例。
8。结论
本文解决反应缓解升高液体储罐配备国际扶轮使用开发的分析模型。两个不同位置的孤立。学习小组的研究进行了几何结构类似于一个真正的,但各种轴高度,坦克材料,填充的水平。此外,考虑到系统与国际扶轮也可能容易受到其他横向载荷,地震和风荷载的影响也被研究。前所未有的对流组件的交互效应和摇摆运动指出了这个系统也提供了一个额外的能源损耗。与其他组件,为对流组件观察频率降低。这表明,对流组件中起关键作用的这些结构地震分析。国际扶轮的影响被研究系统的加速度响应,直接影响流体压力,基底剪力和基本要求。参数的研究表明,第一种情况的RI (C1)减少细长结构的加速度的要求,而C2响应几乎没有影响。结果,可以获得更多的经济设计的轴和基础的系统与C1。 Moreover, various shaft heights and tank filling levels had almost no effect on the operational and structural performances. Finally, while the combined seismic and wind hazards had almost no effect on the operational performances, the force performances of the C1 prototypes were increased up to 10%.
它也表明,地震记录与强烈的垂直组件与C1加重结构的性能。此外,各个组件的性能更加剧主要记录较宽范围的频率。然而,概率分析具有更高的可能需要更好地了解地震波不同属性的地震作用的影响。最后,一些短的原型有一半或空坦克和C1隔离情况下接受如此大的摇摆的响应应用程序的额外恢复系统,如垂直抑制剂,可能成为必要。然而,这是未来研究的目标。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现包括MATLAB脚本开发动态分析可从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。