位移谐波激励下拱顶锚固储罐的动力响应分析

建筑结构动力响应分析与振动控制技术研究

摘要：本文围绕建筑结构动力响应分析与振动控制技术展开研究，系统性地介绍了动力学基础、振动控制技术和实例分析。首先，通过对动力学基础的探讨，深入理解了建筑结构在外部激励下的振动特性。其次，对主动、被动和半主动振动控制技术进行了详细介绍，包括工作原理、优缺点以及应用范围。最后，结合实验室试验、仿真模拟和实际工程应用案例，分析了不同振动控制技术在实际工程中的应用效果。本文旨在为提高建筑结构的安全性、舒适性和耐久性提供理论指导和技术支持。

关键词：建筑结构；动力响应分析；振动控制技术 引言 建筑结构的动态响应与振动控制技术一直是结构工程领域的热点研究方向。随着城市化进程和人们对建筑结构安全性和舒适性要求的提高，对建筑结构振动特性及其控制技术的研究变得日益重要。本文旨在探讨建筑结构动力响应分析的基础理论，介绍不同的振动控制技术，并结合实例分析与案例研究，深入探讨这些技术在实际工程中的应用。通过对建筑结构动力学基础、振动控制技术和实际应用的综合讨论，旨在为提高建筑结构的安全性、舒适性和可靠性提供理论和技术支持。

一、建筑结构动力响应分析 （一）动力学基础 建筑结构的动力学基础是理解结构在外部力作用下的运动规律的基础。在动力学中，质点和刚体的运动通过牛顿力学进行描述，而对于弹性体的运动则需要结合弹性力学的原理。建筑结构作为一种复杂的弹性体，其动态响应受到结构的刚度、阻尼、质量以及外部激励等因素的综合影响。动力学基础涵盖了质点和刚体的运动规律、弹性体的振动方程以及动力学参数的定义，这些理论基础为进一步进行建筑结构动力响应分析提供了必要的基础。深入理解动力学基础可以帮助工程师更好地预测和控制建筑结构的动态行为，从而提高结构的安全性和可靠性。

（二）动力响应分析方法 建筑结构的动力响应分析方法涵盖了时程分析法、频谱分析法和模态分析法三种主要方法。时程分析法基于结构受到的时间历程载荷，通过数值积分求解结构的动态响应，能够准确模拟结构在不同时间段内的振动情况，适用于复杂加载条件下的分析。频谱分析法将激励信号和结构响应转换到频域进行分析，常用的方法包括傅立叶变换和功率谱密度分析，能够揭示结构在不同频率下的振动特性，适用于频率域的振动分析。模态分析法将结构的振型分解为基本振型，通过模态参数求解结构的响应，能够较为简化地描述结构的动态响应行为，适用于大型结构的简化分析。这些方法各有特点，可根据结构的特性、分析的要求和可获得的数据选择合适的分析方法，以全面、准确地评估建筑结构的动态响应。

大跨度穹顶洞室围岩动力响应分析地下防护工程的建设中，除需考虑围岩压力下的静力问题外，还要考虑爆炸冲击荷载作用下的动态问题，涉及到爆炸力学、结构动力学等多门学科，因此比一般的静力问题要复杂的多。

以往研究的洞室形态多为圆形巷道、矩形巷道和直墙拱巷道，对于地下储油库常用的穹顶结构洞室在动荷载作用下的稳定性分析和加固问题涉及不多。

地下油库同其他大型地下洞室一样，具有边墙高、跨度大、结构复杂等特点，目前对围岩我国还没有大型离壁、贴壁式被覆立式油罐地下石油洞库工程，其他建设集中在水电、铁路建设方面，但并没有考虑冲击荷载作用。

本文利用有限元软件LS-DYNA对地下穹顶洞室在爆炸荷载下的动力响应进行分析研究。

1 数值分析模型某穹顶洞室的覆盖层厚度（洞室埋深）为40m，跨度为20m，墙高为20m（高跨比1∶1），穹顶矢高为3.33m（矢跨比1∶6），围岩等级为Ⅲ级。

为真实反映洞室的受力变形状态，首先在动力分析之前对洞室围岩模型进行初始自重应力场分析，然后在此基础上施加爆炸荷载进行动力分析。

图1为穹顶洞室示意图，图2为穹顶洞室围岩介质中的波传播问题的计算模型。

由于穹顶洞室的旋转对称性，可将其简化为轴对称应变问题，过洞室轴线取任一剖面，建立洞室结构的二维平面模型。

模型的侧向与底部边界距离取5倍洞室最大尺寸，可避免人工边界的反射，水平方向和垂直方向的长度分别为150m和180m。

计算模型采用单点积分的四节点平面实体单元进行离散，经过网格敏感性分析，单元大小为0.25m×0.25m，整个模型共划分单元*****个。

模型的左右边界上的元件表示水平方向约束，模型底部边界上的元件从右至左分别表示垂直方向约束和透射边界。

通过设置透射边界可使入射到边界的应力波“透射”过去，不至于在边界上发生反射，从而对模型内部的应力应变产生影响。

标志（1）表示仅在计算初始自重应力场时采用，标志（2）表示该元件仅在后续动力计算时采用，标志（1，2）表示该元件在初始自重应力场计算和动力计算时都采用。

水平和竖向地震激励下大型储液罐响应分析陈贵清;刘望峰;赵晓波;梁乐杰【摘要】基于ANSYS软件建立了100km3锚固型大型储液罐模型,并对此进行了水平和竖向地震激励下的地震响应分析,地震波为EL-CENTRO波。

计算结果表明,锚固型大型储液罐内液体的晃动、应力和应变在水平地震激励下比竖向地震激励下大很多,这说明水平地震激励是影响储液罐力学性状的主要因素之一。

储液罐的应力和应变峰值发生在罐的中下部,而罐口变形较大。

%The finite element model of the 1×105 m3 anchored liquid-storage tank was set up based on ANASYS.The response of the tank in horizontal and vertical seismic excitation were analyzed,and the exciting seismic wave was EL-CENTRO wave.The results show that the sloshing of the liquid in the liquid-storage under horizontal seismic excitation is more wildly than that under vertical seismic excitation,and also the stress and strain under horizontal seismic excitation are greater than that under vertical seismic excitation.The result shows that the horizontal seismic excitation is one main factor that affects the mechanical properties of the liquid storage tank when earthquake happened.The peak values of the stress and the strain occurs at the middle or lower parts of the liquid storage tank,and deformation at port of the liquid storage tank is bigger than anywhere else.【期刊名称】《唐山学院学报》【年(卷),期】2012(025)006【总页数】4页(P33-36)【关键词】大型储液罐;液体晃动;地震激励;应力;应变【作者】陈贵清;刘望峰;赵晓波;梁乐杰【作者单位】唐山学院,河北唐山063000;河北联合大学,河北唐山063000;河北联合大学,河北唐山063000;河北联合大学,河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】O353大型储液罐作为能源储运系统的重要组成部分，是能源利用、再生产和供给的重要设施。

隔震立式储罐地震响应的反应谱分析摘要：针对基底隔震储罐的地震响应问题，将储罐简化为三质点体系力学模型，考虑罐内连续液体质量等效为对流质量、脉冲质量和刚性质量，并引入隔震刚度。

根据各质点的刚度和质量计算各个质点的自振周期，确定动力放大系数，进而分析隔震立式储罐的地震响应。

与时程分析对比，验证反应谱法的适用性，并研究场地类别、隔震周期、高径比等主要参数对隔震储液罐地震响应的影响。

结果表明：反应谱法计算隔震立式储罐地震响应是偏于安全的；随着场地类别和隔震周期的增大，基底剪力减震率逐渐降低，晃动波高变化不明显，隔震后，液动压力呈线性变化，液动压力随着场地类别和高径比的增大而增大，随着隔震周期的增大而减小；高径比存在一定的优化段，在优化段内，基底剪力减震率较大，隔震效果较好。

关键词: 立式储罐；隔震；地震响应；反应谱0 引言对于立式钢制储罐基底隔震，可以通过反应谱法求得储罐地震响应，也可以通过时程分析法得到储罐的实时解。

但作为设计人员来说，工程中最关心的问题是储罐地震响应的最大值。

如不考虑累计损伤作用，反应谱法计算得到的地震作用已能够满足工程的需要。

本文主要采用反应谱方法计算立式钢制储罐基底隔震体系的地震动响应。

主要目的：（1）说明反应谱法计算基底隔震储罐地震响应的过程；（2）验证反应谱法计算基底隔震储罐地震动响应的可行性；（3）研究影响储罐基底隔震的主要参数。

这些参数包括：隔震周期、场地类别、高径比。

1 基底隔震储液罐简化力学模型假定液体无旋无粘，不可压缩，在地面运动与上部结构底部之间引入隔震层运动)(0t x ，考虑表面重力波的影响，考虑液固耦联的壳壁弹性振动。

设总速度势为Φ。

在上述假定条件下，储液的速度势Φ应满足如下的拉普拉斯方程和边界条件[1,2,3]：0112222222=∂Φ∂+∂Φ∂+∂Φ∂+∂Φ∂z r r r r θ （1） 0,0=∂Φ∂=πθθ （2a ） ()()θcos )]([0t w t x t xr g R r ++=∂Φ∂= （2b ） 00=∂Φ∂=Z Z（2c ）0),,(=+∂Φ∂=t r gh t v H Z wθ （2d ）罐中的连续液体质量包括对流质量、脉冲质量和刚性质量，分别用01,,m m m s 表示，质量相对地面高度为01H H H s 、、。

某简支梁桥的抖振响应分析简支梁是常用的一种简单结构，因其易于制造、施工方便等特点被广泛应用于桥梁工程中。

然而，简支梁桥在使用中会受到车辆行驶、风力等载荷作用，产生抖振响应。

本文将对某简支梁桥的抖振响应分析进行讨论。

1. 抖振响应的基本原理抖振响应是指当结构受到动力载荷时，由于结构自身原有的固有频率与载荷频率相近或一致，产生共振现象，即结构在载荷作用下产生更大的运动响应。

在桥梁结构中，车辆行驶、风力等载荷均可能引起结构抖振响应。

2. 简支梁的结构特点简支梁结构通常由梁体、支座和连墩组成。

梁体是桥梁结构的主要承载构件，支座是梁体与墩台、墩身之间的连接部位，而连墩则是桥梁结构的固定基座。

简支梁结构受到侧向荷载作用时，容易发生抖振现象。

某简支梁桥全长60m，宽度8m，砼梁为中空矩形截面，截面尺寸为1.2m×1.5m，有效梁长为50m。

假设车辆质量为20t，车速为60km/h，受力轴距为4.5m，风速为10m/s。

根据结构动力学原理，该简支梁桥的固有频率可计算得为2.6Hz。

在车辆行驶及侧向风荷载的作用下，简支梁桥易受到侧向扭转作用，因此抖振响应主要考虑桥梁的扭振和横振响应。

针对该简支梁桥，需要对其进行模态分析和响应分析。

模态分析是指利用有限元分析方法求解结构各主模态下的固有频率、振型和振幅等参数。

在模态分析中，可以确定结构的固有频率，为后续响应分析提供依据。

响应分析是指利用位移法、强迫振动法等方法求解结构在外界动力载荷下的运动参数，如位移、速度、加速度等。

在响应分析中，可以确定结构动态响应情况，为结构抖振的控制提供依据。

4. 结论简支梁桥是常用的一种桥梁结构，其抖振响应容易产生。

对于简支梁桥的抖振响应分析，应该考虑车辆行驶和风载荷的作用，进行模态分析和响应分析，并结合实际情况加强结构控制和防护措施，从而保障结构的安全可靠性。