群倉(cāng)地震反應(yīng)的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(cāng)已經(jīng)勢(shì)在必行，筒倉(cāng)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(xiàn)來看，一般建筑物的抗震問題已經(jīng)不是一個(gè)新課題，國(guó)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(cāng)與單倉(cāng)的動(dòng)力特性差異、尤其是貯料與倉(cāng)壁的耦合作用機(jī)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(gè)方面：第一

2、，本課題所考慮的不是單個(gè)建筑物，而是由兩排單倉(cāng)所組成的群倉(cāng)；第二，考慮地震作用下倉(cāng)內(nèi)貯料與倉(cāng)壁的動(dòng)態(tài)耦合作用以及倉(cāng)與倉(cāng)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(cāng)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(duì)群倉(cāng)模型進(jìn)行數(shù)值模擬，通過對(duì)不同時(shí)步(共100000時(shí)步)貯料的地震反應(yīng)對(duì)比分析，得到貯料在地震作用下的流念、貯料與倉(cāng)壁的動(dòng)態(tài)耦合作用力、模型群倉(cāng)的位移、速度分布規(guī)律；最后

3、應(yīng)用有限元?jiǎng)恿Ψ治鲕浖?，得到地震作用下群倉(cāng)不同部位測(cè)點(diǎn)的水平位移和加速度時(shí)程曲線、群倉(cāng)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(cāng)、筒倉(cāng)與筒倉(cāng)之間的相互作用模式，得到群倉(cāng)有別于單倉(cāng)的一些動(dòng)力特性，總結(jié)了一些有用的結(jié)論： (1)通過對(duì)不同時(shí)間的速度場(chǎng)和位移場(chǎng)分布的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)地震激勵(lì)下貯料中存在一速度混沌區(qū)，并且這一混沌區(qū)隨時(shí)間而上下移動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到漏斗后突然轉(zhuǎn)到倉(cāng)頂，進(jìn)入下一輪的移動(dòng)；對(duì)應(yīng)著速度混沌區(qū)的高度，

4、倉(cāng)壁也對(duì)應(yīng)出現(xiàn)了最大的動(dòng)念壓力； (2)筒倉(cāng)內(nèi)的貯料作為一種散體，在地震作用下它的運(yùn)動(dòng)和倉(cāng)體的運(yùn)動(dòng)不同步，存在相位差，因此貯料具有較強(qiáng)的耗能作用，但耗能效率隨時(shí)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(shí)，貯料自身的運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇，彼此間碰撞激烈。在單向地震激勵(lì)下，群倉(cāng)中貯料的位移、速度反應(yīng)整體上呈對(duì)稱分佃，在各個(gè)單倉(cāng)中開始階段貯料速度和位移關(guān)于倉(cāng)體中心呈對(duì)稱分布，雖時(shí)間不斷在圓周方向重新分布，分布的趨勢(shì)在遠(yuǎn)離約束的貯料速度和

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

6、4)對(duì)比群倉(cāng)和單倉(cāng)的模態(tài)分析表明，高頻激勵(lì)(20[{，/)下，群倉(cāng)的第～一三血振型以平動(dòng)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(xiàn)率分析，群倉(cāng)以平動(dòng)為主；而單倉(cāng)低階振型的質(zhì)量參與系數(shù)很高； (5)當(dāng)群倉(cāng)為空倉(cāng)時(shí)，平動(dòng)振動(dòng)的第一白振周期為0.0067，當(dāng)裝料為半滿倉(cāng)時(shí)第一平動(dòng)周期為0.0108，滿倉(cāng)時(shí)為0.0154，對(duì)比不同裝料程度的自振周期表明，隨群倉(cāng)中裝料的增多，群倉(cāng)的

7、自振周期逐漸增大；單倉(cāng)為空倉(cāng)時(shí)的第一自振周期為0.0164，裝糧為半滿倉(cāng)時(shí)的第一自振周期為0.0233，裝糧為滿倉(cāng)時(shí)自振頻率為0.0313，對(duì)比單倉(cāng)不同裝糧高度的第一自振周期表明，單倉(cāng)中儲(chǔ)料越多，自振周期越大。 (6)影響群倉(cāng)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(duì)群倉(cāng)自振頻率的影響。同時(shí)由于貯料在振動(dòng)過程中只提供質(zhì)量而不提供剛度，相同條件下的滿倉(cāng)與空倉(cāng)相比，滿倉(cāng)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(chǔ)料高度的單倉(cāng)與群倉(cāng)相比，單倉(cāng)結(jié)構(gòu)以彎曲振型為主，群倉(cāng)以剪切振型為主，群倉(cāng)的白振周期明顯要小于單倉(cāng)，這說明筒倉(cāng)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(cāng)結(jié)構(gòu)的自振周期，地震作用下的振動(dòng)已經(jīng)由桿的運(yùn)動(dòng)向體的運(yùn)動(dòng)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(xì)觀力學(xué)角度模擬和分析了群倉(cāng)中動(dòng)念壓力的分布規(guī)律以及散體物料的流動(dòng)狀態(tài)，著重闡述了地