根据《钢铁企业煤气储存和输配系统设计规范》,圆筒形气柜的活塞导轮支架垂直度≤1/2000,当倾斜超过此限值时,活塞出现卡轨现象无法正常运行[72]。作为企业生产的重要运行设备,并考虑煤气泄漏的重大安全隐患,为了确保气柜在多遇地震作用下能达到《建筑抗震设计规范》规定的性能 2 的要求,本文以气柜筒体顶点位移角限值为
1/1000 作为结构弹性分析的性能目标。
振型分解反应谱法是结构抗震设计的一种弹性分析方法,其原理是在振型分解的基础上,应用单自由度体系的反应谱理论得到地震作用下结构反应最大的实用抗震设计计算方法。本文研究的气柜加劲壳体结构,属于大跨度空间结构,运用第二章得到的振型模态,进行振型分解反应谱法分析,可以得到结构的弹性地震效应。通过将气柜筒体顶
点位移与限值比较,并结合构件的应力状态,判断结构的抗震性能。
利用 ANSYS 软件,编写合适的命令流,对气柜有限元模型施加 X 方向的谱响应,进行振型分解反应谱分析,选用 CQC 组合方法,得到模型的动力反应数据。
3.2.1 最大底部剪力
根据 ANSYS 计算结果,提取最大底部剪力值为 2550.43kN,与按抗震规范计算的最大总底部剪力值 2590.49kN 对比可知两者计算结果非常接近,误差仅为 1.6%。
3.2.2 气柜最大位移
根据 ANSYS 振型分解反应谱分析结果,气柜的水平及竖向位移见图 3.2。
由图 3.2a 可知,气柜的最大水平位移值约为 8.70mm,远小于顶点位移角限值 1/1000。最大水平位移发身在顶盖中央环梁处,并且整个顶盖水平位移方向一致,最小值为8.07mm,最大值与最小值相差 10%以内,可见顶盖矢跨比较小,平面内刚度较大,水平振动趋势一致。位移沿高度变化比较均匀,表现出良好的抗震性能,有利于减少构件的破坏。
由图 3.2b 可知,最大竖向位移值约为 1.85mm,对气柜运行的影响很小。最大竖向位移发生位置是从外向内第 3 圈环梁到最外圈环梁处,其余部位竖向位移较小。可见,气柜的顶盖为浅球壳,矢跨比较小,竖向刚度较大,在 X 方向的谱响应激励下,顶盖与筒体交界处的局部发生较小的竖向位移。
3.2.3 最大 Mises 应力
根据 ANSYS 振型分解反应谱分析结果,气柜的 Mises 等效应力见图 3.3。
由图可见,气柜的 Mises 等效应力最大值为 6.87Mpa,远小于材料的屈服强度。最大等效应力值发生位置在距底部 5.41m 处,即第二带环梁附近。表明加劲筒体的抗弯刚度和抗剪刚度均较大,在水平地震力作用下,第一主振型为弯曲型和剪切型的组合,最大应力出现在筒体底部与基础刚接附近。
本章小节
本章首先运用《建筑抗震设计规范》中振型分解反应谱法对气柜结构进行地震计算,得出其最大底部剪力值,然后运用软件 ANSYS 对气柜进行振型分解反应谱法分析,提取其最大底部剪力值,与按规范计算结果进行对比,得出两者误差很小,也说明运用ANSYS 软件进行气柜结构抗震分析的合理性。最后通过软件 ANSYS 对气柜在振型分解反应谱法下的底部剪力、顶点位移及 Mises 应力进行了分析,结果表明气柜结构的在多遇地震作用下顶点位移和构件最大应力均能达到《建筑抗震设计规范》规定的性能 2 的要求。