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地震不仅会造成贮液结构本身的破坏,而且一些特殊液体的泄漏将引发环境污染及火灾等次生灾害,最严重的后果是人民群众的生命安全受到威胁,在历次地震中都不乏各类贮液结构发生破坏的案例。近些年全球范围内地震发生的频率增加,同时贮液结构正在朝着大型化和大量化的方向发展,再加上储存液体的种类日益增多,使得贮液结构在地震作用下发生破坏的概率和所带来的威胁更大。隔震作为一种有效措施可全面提高结构的抗震能力,减小结构在地震作用下发生失效的概率。相对于常见的橡胶隔震,滑移隔震由于取材容易、构造简单、造价低廉及特殊的减震优势,使其具有很好的应用前景。本文对滑移隔震混凝土矩形贮液结构开展了多方面的研究,主要研究内容如下: (1)将滑移隔震和限位措施结合形成了适用于混凝土矩形贮液结构的减震方法,分别建立了体系的简化力学模型及数值计算模型;从贮液结构安全使用和限位装置变形能力出发,定义了滑移隔震贮液结构的水平位移限值;探讨了限位装置参数对其滞回耗能和动力响应的影响,研究了近场地震作用下滑移隔震-限位控制体系对混凝土矩形贮液结构的减震效果,并进行了参数影响分析和对比了水平单双向近场地震作用下系统的动力响应。 (2)汇总了长周期地震动的特点及识别方法,基于随机方法给出了远场长周期地震动的人工合成步骤;建立了不同长宽比滑移隔震混凝土矩形贮液结构的数值计算模型,研究了滑移隔震混凝土矩形贮液结构在远场长周期地震作用下动力响应的特殊性以及相应的减震效果;探讨了远场长周期地震作用下滑移隔震混凝土矩形贮液结构的位移控制措施,并对滑移隔震贮液结构在远场长周期地震作用下的设计给出了建议。 (3)基于势流理论定义了矩形贮液结构液体大幅晃动的下限,对于大幅晃动采用双向耦合非线性理论。分别建立滑移隔震-限位混凝土矩形贮液结构和液体三维计算模型,并在隔震贮液结构底部以位移加载的形式模拟地震作用,结构域的求解采用Newmark-?法,液体域的求解采用Euler法。对比了双向耦合理论和ADINA非线性势流理论的计算结果,研究了大幅晃动下滑移隔震对混凝土矩形贮液结构的减震效果,并探讨了地震维数、储液高度、地震幅值和激励频率对系统动力响应的影响。 (4)考虑自由液面的晃动效应由叠加原理推导了滑移隔震矩形贮液结构的速度势函数,由速度势函数得到了液动压力、晃动波高基底剪力及基底弯矩的简化表达式。在动坐标系中得到了自由液面晃动满足的运动和动力边界条件,基于计算流体动力学CFD求解液体域,在结构动力控制方程中引入压力作用反映液体的影响,通过在液面施加竖向位移约束模拟不考虑自由液面晃动的情况,运用数值模拟对比研究了考虑自由液面晃动与否情况下系统的动力响应。 (5)滑移隔震的缺陷在于位移超越结构与限位墙的预留间隔会导致碰撞的发生。基于接触单元法运用Hertz-damp非线性模型模拟贮液结构与限位墙的瞬间碰撞效应,运用集总参数模型模拟地基,分别建立了考虑地基效应与否下的滑移隔震混凝土矩形贮液结构碰撞问题的简化计算模型,并运用MATLAB对非线性碰撞问题进行数值模拟。研究了碰撞对贮液结构动力响应的影响以及影响碰撞响应的主要因素,为了减轻碰撞对贮液结构的不利影响,在限位墙表面设置了缓冲层,在碰撞模型中考虑了缓冲层材料的非线性,研究了缓冲措施对碰撞恢复系数以及贮液结构动力响应的影响。 (6)考虑流-固耦合(FSI)、材料非线性、液体晃动非线性及接触非线性等滑移隔震-限位混凝土矩形贮液结构在一些地震作用下的重要特征,建立了三维非线性数值计算模型。给出了滑移隔震-限位混凝土贮液结构的失效判据,基于增量动力分析 IDA方法和易损性分析方法提出了适用于滑移隔震混凝土贮液结构减震性能研究的流程。研究了近场脉冲、近场无脉冲和远场地震作用下非隔震贮液结构、纯滑移隔震贮液结构和滑移隔震-限位贮液结构的易损性以及影响滑移隔震混凝土矩形贮液结构减震性能的主要因素。 (7)为了进一步验证滑移隔震在混凝土矩形贮液结构减震方面的有效性,选取近场和远场长周期地震,运用振动台试验对比研究了非隔震贮液结构、铅芯橡胶隔震贮液结构、滑移隔震-钢棒限位贮液结构以及滑移隔震-弹簧限位贮液结构的动力响应。探讨了滑移隔震对混凝土贮液结构的减震优势,分析了限位装置对结构滑移位移的控制效果以及限位装置类型对系统动力响应的影响,对滑移隔震在混凝土矩形贮液结构的合理应用给出了建议。