气柜结构的第一振型是悬臂柱弯曲振型,其跨度与截面高度之比较小,因此须考虑截面剪切变形的影响。因此,可以从气柜结构的弯曲振动和剪切振动两个方面推导气柜基本周期的简化计算公式。
2.2.1 基本周期主要参数
借鉴结构力学等截面悬臂柱自振周期的计算公式,气柜结构按悬臂柱弯曲振动计算的第一周期为:
tW 是筒体结构总重立柱、T梁、壁板、走道等等。H是基础顶面至筒体檐口的高度, f是考虑T梁等对结构的惯性矩的增大作用,取为 1.15。 g 为重力加速度,gI 为筒体横截面绕形心轴的惯性矩(主要由立柱和侧板提供):
2.2.2 气柜结构基本周期简化公式拟合
1)气柜结构基本资料及参数计算
柜顶:
壳重量: 99860Kg
除壳重量: 116019Kg
柜顶总重: 215879Kg
筒体:
侧板重量: 1190328Kg
立柱重量: 421605Kg
T 梁重量: 210224Kg
走道重量: 128559Kg
筒体总重: 1950716Kg
通过以上数据,代入公式(2-1)得到气柜结构按悬臂柱弯曲振动计算的第一周期为:
2)基本周期简化公式的拟合
在 2.1.2 节中,通过 ANSYS 对筒体高度为 110.1m 的气柜进行模态分析,得出其基本周期 s T 399.01 。为了拟合基本周期1T 的公式,在筒体高度为 110.1m 的气柜上下共取5 种不同的高度,利用 ANSYS 计算其基本周期如下表。
由表 2.3 可知,基本周期的简化计算公式(2-4)计算值与 ANSYS 计算结果吻合较好。结构的基本周期是抗震分析中重要的计算参数,将在后续的分析中起着关键的作用。
2.3 本章小节
本章根据 30 万 m³气柜结构资料运用有限元分析软件 ANSYS 建立有限元模型,采用APDL 参数化语言编写合理的命令流,对气柜结构进行基于子空间迭代法的模态分析。找出其前六阶主振型,并分析其各阶振型的变化规律。研究发现,气柜结构的基本振型是悬臂柱振型,高阶振型受到走道设置位置的影响。提取气柜结构前 6 阶自振频率,分析自振频率的变化规律以及基频对结构刚度的影响。最后,合理变化筒体高度,从气柜结构的弯曲振动和剪切振动两个方面入手,依据 ANSYS 计算结果,采用 Matlab 拟合基本周期的简化计算公式,为后续的抗震分析奠定基础。