PDF《气柜加肋壳体结构的弹性抗震性能分析》

35 No.

2 June

2018 第35卷第2期2018年 6月 文章编号: 1671-7872(2018)02-0173-05 安徽工业大学学报(自然科学版) 2018年1气柜加肋壳体结构的有限元模型 华东某

30 万m3 大型气柜的筒体和顶盖均为加肋壳体结构.其中, 筒体直径为

62 684 mm, 高度为

110 100 mm, 筒壁为7 mm厚钢板, 纵肋为32 根H300型钢立柱, 环肋和走道为由7 mm厚钢板卷边成C型截 面,

6 道走道宽

900 mm(可视为巨型环梁);

顶盖高

6 810 mm, 盖板为

6 mm 厚钢板,

32 根经向主肋(槽钢28a), 10道槽钢环向主肋(外侧2道槽钢28a, 中间 2道槽钢22a, 内侧6道槽钢18a), 径向主肋与环向主 肋形成的区格中均布径向次肋(角钢L80*6). 基于工程实例, 有限元模型中, 壁板和顶盖板 采用 Shell181 壳单元;

各种肋均采用 Beam188 梁单 元.各构件之间采用绑定约束, 模型底部的立柱与 壁板为三向固定约束.模型中钢材为 Q235B, 采用 理想弹塑性、 双线性等向强化模型.图1为气柜结 构示意图和有限元模型图.

2 气柜加肋壳体结构模态分析 对于构建的气柜加肋壳体结构, 运用子空间迭代法进行模态计算, 提取前800阶模态, 其中绝大多数为 板件的局部振动.参照六道走道环梁的位置, 寻找相对应的前6阶主振型, 分别在第40, 135, 283, 412, 512, 620步处, 见图2. 由图2可见: 第1阶振型以顶盖和第6道环梁水平方向平动为主, 气柜沿高度变形较为一致, 略呈弯曲型 变形;

第2阶振型以水平方向平动为主, 在气柜高度中点附近出现一个反弯点, 顶盖与基底之间呈现剪切型 变形;

并且顶盖局部出现竖向振动;

第3~6阶振型仍以水平方向平动为主, 分别出现2~5个反弯点, 环梁之间 呈现剪切型变形;

同时气柜的转动变形变大, 顶盖整体竖向振动越来越强烈;

气柜结构各阶水平变形较大的 位置均位于或接近走道环梁所在之处, 故走道的设置对筒体的高阶振型有一定的影响. 对气柜结构的前6阶振型进行分析, 结果表明: 气 柜结构各阶水平变形较大的位置均位于或接近走道环 梁所在之处, 结构的第1和第2阶振型相对简单明确, 模态阶次越高自振特性越复杂.气柜结构的前6阶的 自振频率见表1, 其中基频较高, 因此该结构具有较好 的刚度.基频决定着结构是否易于遭受某种频率外荷 载的共振破坏, 因此在气柜结构的地震响应计算中, 可主要考虑低阶振型的影响和弯剪组合变形的性质, 忽 略高阶各振型间的相关性. 图1 气柜结构示意图和有限元模型 Fig.

1 Structural sketch and finite element model of gasholder 图2 气柜结构前6阶主振型 Fig.

2 First six order vibration modes of gasholder structure 表1 气柜的前6阶自振频率 Tab.

1 The first six order natural frequencies of gasholder structure 阶数 频率/Hz

1 2.507

2 5.516

3 8.804

4 11.610

5 13.830

6 16.223

174 第2期 贾冬云, 等: 气柜加肋壳体结构的弹性抗震性能分析

3 气柜加肋壳体结构的基本周期计算式 气柜加肋壳体结构为一悬臂筒体结构, 其低阶振型为弯剪组合的变形形式.借鉴结构力学等截面悬臂 柱自振周期的计算式[12] , 拟合其基本周期计算式. 基于悬臂柱弯曲振动, 气柜结构第一周期的计算式为 T1w = 2π WH3 3EIg fg (1) 基于悬臂柱剪切振动, 计算气柜结构第一周期的计算式为 T1j = 2π WHk GAj fg (2) 其中: W 为柜顶结构重量与一半筒体结构质量的总和;