群倉地震反應(yīng)的數(shù)值模擬.pdf

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