LNG儲(chǔ)液罐抗震研究

儲(chǔ)罐在地震下的性能是高度復(fù)雜的，一般來說，有以下幾個(gè)方面的問題需要考慮：   先，液體同罐壁之間的相互作用問題；其次，罐體復(fù)雜的高度非線性提離問題；   后，是土結(jié)相互作用問題。
　　對(duì)于各類工業(yè)儲(chǔ)罐罐體的設(shè)計(jì)方法，早期多集中于儲(chǔ)罐錨固基礎(chǔ)的。由于錨固儲(chǔ)罐成本高等原因，   學(xué)者Clough提出了無錨固儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)理念，但從強(qiáng)度及穩(wěn)定等方面很難在實(shí)際工程中應(yīng)用。一種設(shè)計(jì)理念則是采用儲(chǔ)罐柔性設(shè)計(jì)，即減少地震波能量對(duì)罐體的輸入，通過各種控制方法來消耗吸收地震能量，如采用漂浮隔震、各種隔震減震支座等。
　　儲(chǔ)罐的計(jì)算，早期是將罐體視為剛性，創(chuàng)始性的工作是從Jacobsen，Housner等開始的。Housne模型假設(shè)：①罐壁是剛性的；②認(rèn)為液體小的表面移動(dòng)，同罐壁總是保持著緊密接觸；③罐體沒有翹離。Housner膜型理論了廣泛應(yīng)用，此后很多設(shè)計(jì)及理論都是在此理論上確立的。
　　1964年的Alaska地震引起了儲(chǔ)罐大規(guī)模破壞，并深遠(yuǎn)影響了日后對(duì)于儲(chǔ)罐振動(dòng)問題的。Veletsos提出了一種與之前方法不同的彈性儲(chǔ)罐分析方法，建立了一種簡單的程序以評(píng)估滿載液體時(shí)罐體動(dòng)水壓力的影響。隨后，Veletsos和Yang考慮了儲(chǔ)罐懸臂一階模態(tài)的影響，修改了Housner的模型，評(píng)估了由于水平地運(yùn)動(dòng)引起的   大基底傾覆彎矩，他們借助Rayleigh-Ritz方法提出了簡化公式以獲得儲(chǔ)液罐的基本自振頻率。1987年又分析了立式圓柱儲(chǔ)罐的任意振動(dòng)情況的動(dòng)力響應(yīng)，概括了剛性和彈性儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)晃動(dòng)橫向激勵(lì)的儲(chǔ)罐力學(xué)模型。1981年Haroun和Housner在他們此前的基礎(chǔ)上，將脈動(dòng)質(zhì)量分為兩個(gè)部分，一部分仍然同儲(chǔ)罐剛性連接，另一部分則表示考慮儲(chǔ)罐彈性變形的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量參與。之后，建立了改進(jìn)的Haroun-Housner模型理論，我國儲(chǔ)罐鑒定標(biāo)準(zhǔn)也是基于此模型。1985年，Haroun和Ellaithy考慮剛性基礎(chǔ)的搖擺和橫向運(yùn)動(dòng)，建立了彈性儲(chǔ)罐的分析力學(xué)模型。Malhotra等于2000年提出了對(duì)于圓柱形錨固儲(chǔ)罐的簡化設(shè)計(jì)方法，此方法考慮了脈動(dòng)質(zhì)量或?qū)α髻|(zhì)量對(duì)于柔性鋼壁或混凝土壁的作用，這種方法被European8規(guī)范采納。
　　當(dāng)儲(chǔ)罐遭遇強(qiáng)烈的激勵(lì)時(shí)，液體表面將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的晃動(dòng)效應(yīng)，此晃動(dòng)效應(yīng)在儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)中是非常重要的。1993年，Veletsos和Shivakumar了在剛性圓柱形和矩形儲(chǔ)罐中的多層疊加液體的晃動(dòng)效應(yīng)。2001年，Cho等考慮液固耦合及液體表面的波動(dòng)，提出了   為   的儲(chǔ)液罐振動(dòng)分析的數(shù)值模擬技術(shù)方案。
　　在早期，假設(shè)儲(chǔ)罐被錨固在一個(gè)不可變形的介質(zhì)上，而Veletosos和Kumar對(duì)于儲(chǔ)罐進(jìn)行豎向激勵(lì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)儲(chǔ)罐位于相對(duì)彈性的場地時(shí)，其動(dòng)水壓力響應(yīng)將會(huì)顯著減少。1990年，Veletsos和Tang推演了直立圓柱形儲(chǔ)液罐考慮儲(chǔ)罐、彈性地面及地基搖擺的力學(xué)模型。通過分析，改變脈動(dòng)周期和系統(tǒng)的等效阻尼比，使用由Veletos和Verbicti提出的粘彈性基礎(chǔ)阻抗函數(shù)，建立了一種簡化的方法來評(píng)估儲(chǔ)罐的土結(jié)相互作用問題。Bomhard和Stempniewski了LNG儲(chǔ)罐場地條件的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)受到場地條件的大影響。
　　儲(chǔ)液罐在地震下的性能是非常復(fù)雜的，早期的主要是通過實(shí)驗(yàn)的方法來觀察儲(chǔ)液罐的性質(zhì)。1977年，Clough對(duì)數(shù)個(gè)鋁制儲(chǔ)罐模型進(jìn)行了地震動(dòng)模擬試驗(yàn)，以探尋當(dāng)時(shí)的儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)方法同儲(chǔ)罐實(shí)際性能的差距，討論   為   的模型。1982年，Manos和Clough利用0.5g峰值的ElCentro地震波對(duì)數(shù)個(gè)儲(chǔ)罐進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示設(shè)計(jì)中應(yīng)該對(duì)提離及高階響應(yīng)等因素予以考慮。1983年，Haroun和Housner對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行了全尺寸模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了Haroun-Housner模型的性。1989年Kobayashi和Mieda進(jìn)行了試驗(yàn)分析以確定液體的自振頻率和對(duì)圓柱形儲(chǔ)液罐的水平向晃動(dòng)荷載。1990年，Okamoto等使用Lagrangian有限元方法進(jìn)行了液體的晃動(dòng)性能的分析，并進(jìn)行了二維激勵(lì)下液體晃動(dòng)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。