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D 3.地震作用D。3.1。D,3、4。盛裝儲(chǔ)液的油罐，在地震力作用下會(huì)發(fā)生兩種震動(dòng)，1 儲(chǔ)液和油罐耦聯(lián)振動(dòng)?；局芷谠?,1s，0,5s的范圍內(nèi)。2。儲(chǔ)液晃動(dòng)。基本周期在3s 14s的范圍內(nèi)、彈性反應(yīng)譜理論是現(xiàn)階段抗震設(shè)計(jì)的最基本理論,本規(guī)范所采用的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜、即地震影響系數(shù)曲線.是根據(jù)油罐的特點(diǎn)，在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。GB 50191的基礎(chǔ)上,對(duì)原規(guī)范地震影響系數(shù)α曲線進(jìn)行了修改 在地震影響系數(shù)α曲線圖中，反應(yīng)譜的高頻段,T,0到T.Tg。主要決定于地震最大加速度.其形狀為由T.0的α，0，45αmax按直線變化到T、0.1s處達(dá)η2αmax,然后保持此值到Tg，在中頻段 由Tg到T,5Tg.主要決定于地震動(dòng)最大速度，此段按衰減直到T,5Tg。在低頻段，由T、5Tg到15s。決定于地震最大位移、此段反應(yīng)譜按，η20。2r，η1,T一5Tg αmax規(guī)律衰減 本條所采用的反應(yīng)譜是按阻尼比ξ。0,05來(lái)確定的,其周期小于5Tg的曲線與現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。GB 50191，2012中采用的相應(yīng)阻尼比的反應(yīng)譜曲線相一致 至于大于5Tg的長(zhǎng)周期分量的反應(yīng)譜曲線.在原規(guī)范基礎(chǔ)上進(jìn)行了 當(dāng)、3.044時(shí) 當(dāng)、3.044時(shí)。式、15.中、為空罐的振動(dòng)周期.為充液影響系數(shù)、對(duì)于儲(chǔ)罐當(dāng)時(shí),上述根號(hào)中第二項(xiàng)遠(yuǎn)大于1。因而可忽略第一項(xiàng)的1、并將水的密度ρw、G和K,值代入。則可將式，15、簡(jiǎn)化為。為簡(jiǎn)化計(jì)算 用Kc代替式.21.中的0，374。10、3K.c，即。并偏于安全地取消了項(xiàng)后,得出.根據(jù)式、19、式,20，及式、22 用有限元計(jì)算Tc，結(jié)果見(jiàn)表25,注,H處恰是上下兩圈壁板交界處.故取該兩圈壁厚的平均值、用式。23，計(jì)算的結(jié)果和其他方法計(jì)算的結(jié)果對(duì)照見(jiàn)表26。坂井公式如下。式中、λ，λ、0,067、0,46,其中D為油罐直徑，Hw為設(shè)計(jì)最高液位 W。液體總重 δ1.3.1 3罐高處壁厚、E。彈性模量，D、3 6,式。D,3。6,Tw。是由Housner根據(jù)油罐底部固定的條件導(dǎo)出的近似解、式中Ks值由下式求得。將g.9.81m。s2代入。則。根據(jù)式。25 可得出表27 注,3000m3及50000m3模型罐試驗(yàn)表明、有浮頂覆蓋較無(wú)浮頂覆蓋時(shí)的自由液晃動(dòng)周期下降3,5。Ks值與用速度勢(shì)理論得出的精確解相同.水利水電科學(xué)研究院抗震所在5m.5m大型三向振動(dòng)臺(tái)上的3000m3及50000m3油罐模型振動(dòng)試驗(yàn)和天津大學(xué)海船系小型塑料模型油罐振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明。雖然油罐在振動(dòng)時(shí)發(fā)生翹離,彈性變形和多波變形。但試驗(yàn)得出的晃動(dòng)周期仍與按式、D，3 6。計(jì)算的結(jié)果非常近似。詳見(jiàn)表27。D。3.7，油罐所受的地震作用包括罐體重量產(chǎn)生的慣性力和儲(chǔ)液的動(dòng)液壓力兩部分,而動(dòng)液壓力又可分短周期的脈沖壓力和長(zhǎng)周期的液體晃動(dòng)的對(duì)流壓力 國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)油罐地震作用均按地震反應(yīng)譜理論計(jì)算、具體方法有,1、API、650附錄E 將罐體慣性力 脈沖壓力和對(duì)流壓力的最大值疊加，此法將不同時(shí)出現(xiàn)的短周期地震作用和長(zhǎng)周期地震作用相疊加、顯然偏于保守、2,JIS、B。8501認(rèn)為.罐液耦聯(lián)振動(dòng) 產(chǎn)生脈沖壓力、的基本周期在0.1s，0，5s，由加速度型地震所激發(fā)，液面晃動(dòng) 產(chǎn)生對(duì)流壓力 的基本周期在3s,13s。是由遠(yuǎn)震的位移型地震所激發(fā) 兩種地震反應(yīng)不會(huì)同時(shí)發(fā)生、故分別計(jì)算脈沖壓力與對(duì)流壓力 各與罐體慣性力疊加后分別進(jìn)行抗震強(qiáng)度驗(yàn)算。3。我國(guó) 工業(yè)設(shè)備抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)為 由大量計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出的罐體自重慣性力僅為動(dòng)液壓力的1,5 為簡(jiǎn)化計(jì)算,可以忽略罐體自重慣性力 又因地震加速度的卓越周期在1s以內(nèi) 經(jīng)試驗(yàn)證明在現(xiàn)有記錄的地震條件下所激發(fā)的液面晃動(dòng)對(duì)流壓力極小。故僅計(jì)算脈沖壓力而不計(jì)算晃動(dòng)壓力，但此法不適用容量大于5000m3的大型油罐.且此法所取穩(wěn)定核算的許用臨界應(yīng)力值偏低,4.國(guó)內(nèi)外資料認(rèn)為按照反應(yīng)譜理論，不同周期的地震反應(yīng)分量最大值可采用分量的平方和開(kāi)方,SRSS,法求得總的反應(yīng),即，式。27.是將脈沖壓力分量和對(duì)流量壓力分量采用平方和開(kāi)方、SRSS 法組合,并經(jīng)簡(jiǎn)化而得 根據(jù)以上結(jié)果.本規(guī)范采用式,D、3,7，1 式。D 3。7，1 中各項(xiàng)系數(shù)的確定原則分析如下，1 地震影響系數(shù)α。地震影響系數(shù)α為動(dòng)力系數(shù)β與地震系數(shù)k的乘積.儲(chǔ)油罐的地震動(dòng)力系數(shù)只在底部固定的時(shí)候才有理論解 而且只對(duì)應(yīng)于n、1的梁式振動(dòng).加州大學(xué)Clough等對(duì)0,02阻尼比采用實(shí)際反應(yīng)譜計(jì)算時(shí)動(dòng)力系數(shù)β取為4,3、而日本抗震規(guī)范取β為3，對(duì)于自由擱置的油罐在地震作用下的運(yùn)輸系數(shù)采用上述數(shù)值是否合適，目前只有通過(guò)試驗(yàn)得出.我們?cè)?m 5m的振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行了50000m3和3000m3兩個(gè)油罐模型振動(dòng)試驗(yàn)。分別輸入EICentro地震波 人工模擬地震波和正弦共振三波，試驗(yàn)綜合反映了罐壁多波變形、水的阻尼、環(huán)梁及地基.翹離等因素的影響 試驗(yàn)得出的動(dòng)液壓力大體為剛性壁理論的動(dòng)液壓力的2倍.即β 2，因此本規(guī)范用剛性壁動(dòng)液壓力作為基準(zhǔn)應(yīng)該乘以2 因?yàn)橛凸揆盥?lián)振動(dòng)周期為0，3s左右 對(duì)不同場(chǎng)地的相應(yīng)動(dòng)力系數(shù)β為2.2，25。由于推薦的反應(yīng)譜動(dòng)力系數(shù)最大值βmax、為2 25,與試驗(yàn)結(jié)果接近，考慮到與原儲(chǔ)油罐抗震標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)性、所以仍借用反應(yīng)譜概念取βmax,2 25、又因?yàn)樵囼?yàn)結(jié)果β，2已包括水的阻尼影響在內(nèi) 所以反應(yīng)譜中小于5Tg短周期部分不再進(jìn)行阻尼修正,2 罐體影響系數(shù)Y1 引入Y1是考慮罐壁慣性力的影響,罐壁質(zhì)量約為罐內(nèi)儲(chǔ)液質(zhì)量的1。5.平均為2,5,試驗(yàn)結(jié)果表明,罐壁頂部的反應(yīng)加速度常為地面加速度的8倍 10倍、即動(dòng)力系數(shù)比儲(chǔ)液動(dòng)力系數(shù)β。2大3倍.4倍 使罐體慣性力影響為4,0、025 即可達(dá)到動(dòng)液壓力的10、左右、故取Y1為1，10、3,綜合影響系數(shù)Cz.從小模型罐的屈曲試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)罐的失穩(wěn)主要由n 1梁式分量控制,在大振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中得出動(dòng)液壓力雖然為2倍的剛性壁動(dòng)液壓力，但其中n，1的梁式分量約占總量的30。50。即n,1的分量為60 100.的剛性壁動(dòng)液壓力。所以式、D，3,7.1 中應(yīng)使CzYβ。1，即設(shè)計(jì)動(dòng)液壓力不宜小于剛性的動(dòng)液壓力。故、本規(guī)范取Cz為0，4，4，動(dòng)液系數(shù)Fr，工程上剛性壁動(dòng)液壓力計(jì)算一般均采用Housner近似理論公式，該方法考慮到油罐及其儲(chǔ)液的兩種反應(yīng)形式,罐壁和罐頂加上一部分儲(chǔ)液與罐壁一起作一致的運(yùn)動(dòng)，通常稱為脈沖壓力 儲(chǔ)液自身的晃動(dòng)。稱為對(duì)流壓力。Fr曲線是根據(jù)Housner推導(dǎo)并被API,650等規(guī)范廣泛采用的 即參加脈沖作用的罐內(nèi)儲(chǔ)液等效質(zhì)量m,在各種罐體直徑D與最大允液高度Hw的不同比值情況下和罐內(nèi)儲(chǔ)液總質(zhì)量的比值,Fr值是按下列公式確定的。當(dāng)充液高度Hw和半徑的比值小于1,5時(shí) 當(dāng)充液高度Hw與半徑的比值大于1、5時(shí),就脈沖壓力而言 Housner方法是將罐體下部深度低于1 5倍半徑的儲(chǔ)液當(dāng)作剛體來(lái)考慮,即設(shè)想從儲(chǔ)液上表面到深度為1 5倍半徑處有一剛性水平薄膜把儲(chǔ)液分成上。下兩部分 液體的運(yùn)動(dòng)只限于上部分、而下部分液體如剛體一樣固定在罐壁上.不發(fā)生流動(dòng) 此時(shí)。D,3，8，由式。D,3.7。1，求出了總水平地震力后.需要確定總水平地震力的作用高度才能求出地震作用彎矩,API，650采用Housner剛性壁理論、分別計(jì)算晃動(dòng)和脈沖兩種等價(jià)質(zhì)量的作用高度。油罐的脈沖動(dòng)液壓力重心對(duì)于國(guó)內(nèi)大部分儲(chǔ)罐在時(shí)接近于0 375Hw、JIS.B。8501中將該重心提高到0.42Hw至0。46Hw之間、我國(guó)，工業(yè)設(shè)備抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn) 由于規(guī)定動(dòng)液壓力在罐壁沿液面高度均勻分布，合力作用點(diǎn)于1。2液面高度。即Hw 2，按殼，液耦合振動(dòng)理論。根據(jù)有限元法計(jì)算的脈沖動(dòng)液壓力沿高度近似于高次拋物線分布，重心位置距底部為0.44Hw.按梁的理論用解析法得出各種罐的動(dòng)液壓力合力點(diǎn)在，0、44。0、5.Hw之間、與模型試驗(yàn)結(jié)果極接近,為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本規(guī)范采用了0,45Hw作為總水平地震作用的合力點(diǎn)高度.D。3、9、Housner根據(jù)理想流體的條件導(dǎo)出了晃動(dòng)波高h(yuǎn)的公式。經(jīng)Clough修正后為hv.α1R。后來(lái)美技術(shù)情報(bào)司TID。7024在應(yīng)用時(shí)又改變成.式中、hv一一液面晃動(dòng)波高。m。α1。地震影響系數(shù)、H,儲(chǔ)液高度 m,D 罐直徑。m。Ts、儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期。s。日本標(biāo)準(zhǔn)，鋼制焊接油罐結(jié)構(gòu)、JIS，B，8501中規(guī)定液面晃動(dòng)波高為、該標(biāo)準(zhǔn)中選取速度譜段進(jìn)行波高計(jì)算,并且取速度譜值為100cm s.編制原規(guī)范時(shí)，采用勢(shì)流理論并考慮流體黏性影響后導(dǎo)出液面晃動(dòng)波高h(yuǎn)v為 當(dāng)采用反應(yīng)譜理論計(jì)算波高時(shí)、α1由加速度反應(yīng)譜查出 由于本規(guī)范中反應(yīng)譜對(duì)應(yīng)的阻尼比為5.而晃動(dòng)阻尼比為0.5.隨著阻尼減少,地震反應(yīng)加大。故應(yīng)修正。日本及美國(guó)的設(shè)備抗震標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的修正系數(shù)見(jiàn)表28。1985年9月18日墨西哥地震記錄分析表明、隨不同土壤而異的阻尼修正系數(shù)為1、7，2，3。本條在計(jì)算儲(chǔ)液晃動(dòng)波高時(shí),隨著阻尼減少至0,005而乘以系數(shù)1、79.即 本次修訂將罐內(nèi)液面晃動(dòng)波高公式修改為hv 1,5ηαR。增加了罐型系數(shù)η0本規(guī)范在計(jì)算液面晃動(dòng)波高時(shí)，對(duì)于浮頂油罐,取η，0 85、對(duì)于固定頂油罐,取η，1。0.現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),常壓立式儲(chǔ)罐抗震鑒定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、SY，4064，93在條文說(shuō)明中指出、試驗(yàn)結(jié)果證明.在長(zhǎng)周期晃動(dòng)時(shí)，浮頂隨液面晃動(dòng).儲(chǔ)液的晃動(dòng)波高在有浮頂時(shí)約為無(wú)浮頂時(shí)的50、所以對(duì)有浮頂?shù)挠凸?在計(jì)算液面晃動(dòng)波高時(shí),取系數(shù)η.0.85是有試驗(yàn)支持的，當(dāng)不考慮罐型系數(shù)時(shí) 本規(guī)范的液面晃動(dòng)波高計(jì)算值和按API，650附錄E計(jì)算的重要性為1的油罐液面晃動(dòng)波高值基本一致,