考虑贮料影响的混凝土筒仓地震响应研究

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随着我国工业、农业的快速发展,在入库存储方面的需求也随之增加,筒仓贮料已成为当前储存工业、农业产品的主要方式,我国各个地区的筒仓总数持续上升,这对筒仓结构安全稳定性设计提出了新的挑战。地震灾害是筒仓倒塌的主要破坏因素之一,我国又是地震灾害多发国家,从以往数据在库的地震中可以看到,地震烈度等级达7度及以上时,地震区内的筒仓出现晃动、开裂、倾斜甚至倒塌现象。说明目前我国筒仓抗震结构设计研究仍未完善,对于在地震作用下筒仓与贮料耦合状况下的动力反应认识不清。为此,针对以筒仓与贮料为整体系统的防震、抗震设计的研究具有迫切的现实意义及广泛的应用需求空间。本文以筒仓与贮料为系统作为空间结构处理,基于模型试验研究和有限元理论计算分析,围绕着随机地震作用下贮料-筒仓体系的相互作用问题进行了深入、系统研究。系统分析筒仓结构特征、震害特点及破坏机制的基础上,引入光滑质点动力学法(SPH法)将散料等效为许多光滑质点粒子进行计算分析。考虑几何非线性、动态弹性模量、阻尼等因素,运用薄壁圆柱壳理论和光滑质点动力学理论,构建模型的非线性振动微分方程,通过耦合边界,并采用Galerkin方法给出定解条件及求解思路。然后利用贮料-筒仓相互作用相似材料模型开展模拟地震振动台试验。采用分级加载方式探究不同贮料储量、粒径和流动性条件下,贮料-筒仓相互作用模型特性及加速度、位移、应变、冲击力和阻尼响应规律。同时,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA3D建立筒仓-贮料-地基系统有限元模型,数值模拟不同场地类别、贮料参数和筒仓规模对筒仓系统响应的影响规律,与相似材料模型试验结果进行相互验证,表明SPH算法模拟筒仓贮料的正确性,为工程应用提供参考。为降低地震作用对筒仓系统的不利影响,分析结构隔震体系的基本特征和减震机理,选取橡胶隔震垫作为隔震材料,应用ANSYS/LS-DYNA3D软件分别对非隔震筒仓系统和隔震筒仓系统进行模态分析和隔震前后位移变化规律分析。研究结果表明,橡胶隔震材料对筒仓系统具有较好的减震效果。大量筒仓隔震工程应用取得了良好的隔震效果,研究方法及结论可以广泛推广应用,为诸多筒仓建设提供参考。
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