群倉地震反應(yīng)的數(shù)值模擬.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和生命線工程的廣泛延伸,在地震多發(fā)地區(qū)建造立筒群倉已經(jīng)勢在必行,筒倉抗震問題將越來越受到工程界和學(xué)術(shù)界的重視,然而其抗震性能的研究卻滯后。從現(xiàn)有的文獻來看,一般建筑物的抗震問題已經(jīng)不是一個新課題,國內(nèi)外學(xué)者提出了各自的分析方法,已經(jīng)形成了一定的理淪體系,但群倉與單倉的動力特性差異、尤其是貯料與倉壁的耦合作用機理尚不清楚。 本文所研究的內(nèi)容與一般建筑物抗震問題有明顯的區(qū)別,這種差別主要體現(xiàn)在以下幾個方面:第一

2、,本課題所考慮的不是單個建筑物,而是由兩排單倉所組成的群倉;第二,考慮地震作用下倉內(nèi)貯料與倉壁的動態(tài)耦合作用以及倉與倉之間的相互影響。 本文首先應(yīng)用相似理論推導(dǎo)貯料和群倉結(jié)構(gòu)的模型相似律,為模型的數(shù)值模擬提供基木物理和幾何參數(shù);然后應(yīng)用離散元理論和顆粒流軟件對群倉模型進行數(shù)值模擬,通過對不同時步(共100000時步)貯料的地震反應(yīng)對比分析,得到貯料在地震作用下的流念、貯料與倉壁的動態(tài)耦合作用力、模型群倉的位移、速度分布規(guī)律;最后

3、應(yīng)用有限元動力分析軟件,得到地震作用下群倉不同部位測點的水平位移和加速度時程曲線、群倉的自振頻率和振型等。在此基礎(chǔ)上,本文探討了地震作用下顆粒體與筒倉、筒倉與筒倉之間的相互作用模式,得到群倉有別于單倉的一些動力特性,總結(jié)了一些有用的結(jié)論: (1)通過對不同時間的速度場和位移場分布的對比分析,發(fā)現(xiàn)地震激勵下貯料中存在一速度混沌區(qū),并且這一混沌區(qū)隨時間而上下移動,當(dāng)運動到漏斗后突然轉(zhuǎn)到倉頂,進入下一輪的移動;對應(yīng)著速度混沌區(qū)的高度,

4、倉壁也對應(yīng)出現(xiàn)了最大的動念壓力; (2)筒倉內(nèi)的貯料作為一種散體,在地震作用下它的運動和倉體的運動不同步,存在相位差,因此貯料具有較強的耗能作用,但耗能效率隨時間變化很大;當(dāng)輸入的地震波頻率與結(jié)構(gòu)自振基頻相近時,貯料自身的運動會加劇,彼此間碰撞激烈。在單向地震激勵下,群倉中貯料的位移、速度反應(yīng)整體上呈對稱分佃,在各個單倉中開始階段貯料速度和位移關(guān)于倉體中心呈對稱分布,雖時間不斷在圓周方向重新分布,分布的趨勢在遠離約束的貯料速度和

5、位移反應(yīng)最大;群倉在空倉的悄況下結(jié)構(gòu)位移大于相同地震激勵情況下的滿倉結(jié)構(gòu)反應(yīng),反映出貯料對群倉結(jié)構(gòu)的阻尼作用比較明顯; (3)裝有貯料后,倉壁的位移在大部分時間內(nèi)變化率較小,倉體上部貯料相對空倉來說遲緩了倉體的位移:結(jié)構(gòu)加速度變化頻率和振幅較空倉變化率平緩許多,反映了貯料與倉壁相互動念作用的結(jié)果,即倉體的加速度變化與貯料層的加速度變化周期不同導(dǎo)致了倉體變化山空倉的何規(guī)律向不規(guī)律轉(zhuǎn)化,似總體的加速度趨勢仍是正弦曲線; (

6、4)對比群倉和單倉的模態(tài)分析表明,高頻激勵(20[{,/)下,群倉的第~一三血振型以平動為主,四六七八振型以扭轉(zhuǎn)為主,山于存在貯料的影響,低階振型的質(zhì)量參與系數(shù)都很低,從各振型的參與貞獻率分析,群倉以平動為主;而單倉低階振型的質(zhì)量參與系數(shù)很高; (5)當(dāng)群倉為空倉時,平動振動的第一白振周期為0.0067,當(dāng)裝料為半滿倉時第一平動周期為0.0108,滿倉時為0.0154,對比不同裝料程度的自振周期表明,隨群倉中裝料的增多,群倉的

7、自振周期逐漸增大;單倉為空倉時的第一自振周期為0.0164,裝糧為半滿倉時的第一自振周期為0.0233,裝糧為滿倉時自振頻率為0.0313,對比單倉不同裝糧高度的第一自振周期表明,單倉中儲料越多,自振周期越大。 (6)影響群倉自振特性的因素主要有裝糧高度、洞口的方向以及開洞率、徑高比等等,本文主要考慮了裝糧高度對群倉自振頻率的影響。同時由于貯料在振動過程中只提供質(zhì)量而不提供剛度,相同條件下的滿倉與空倉相比,滿倉情況下的自振周期較

8、大,而且隨著貯料的增加,其自振頻率降低越明顯; (7)相同儲料高度的單倉與群倉相比,單倉結(jié)構(gòu)以彎曲振型為主,群倉以剪切振型為主,群倉的白振周期明顯要小于單倉,這說明筒倉組合數(shù)的增加明顯地提高了結(jié)構(gòu)的剛度,顯著降低了群倉結(jié)構(gòu)的自振周期,地震作用下的振動已經(jīng)由桿的運動向體的運動轉(zhuǎn)化,在振型上表現(xiàn)為由彎曲型像剪切型轉(zhuǎn)化; 本論文應(yīng)用顆粒流軟件從細觀力學(xué)角度模擬和分析了群倉中動念壓力的分布規(guī)律以及散體物料的流動狀態(tài),著重闡述了地

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