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增强水塔减震效能装置的研发

传统的水塔设计考虑了水箱中水的质量,将能晃动的水体当成荷载施加在水箱底部或将其当成一个刚体来考虑,然而这样的处理和实际相差很大。当地震来临时,结构发生振动,水箱中的水随着水箱向相反的方向振动,这种水和波浪对箱壁的动压力差就形成了结构的减震力。而水箱中的水占结构总质量的比重比较大,水的晃动可能对结构的减震效果很明显,因此,不能忽视水的减震作用。水减震效能一方面体现在水箱中的水随着水箱向相反的方向振动产生的动压力差而造就的结构减震力,另一方面体现在水体和箱壁的位移差改善了水塔整体的重心,减小了重力产生的 P-Δ效应。从改善水塔重心分布这一方面着手,研发了一种改善地震中水塔重心分布的装置。实用新型包括横向阻水板①、纵向阻水板②及顶部加劲板③。横向阻水板①与纵向阻水板②各两片,以十字相交的方式焊接到一起,阻水板上部焊接加劲板③,最终连接到水塔箱体上,与箱壁成为一体,构成“九宫格”样式。( 1) 通过对水塔稳定方面的分析,研究出增强水塔整体稳定性的技术措施,包括增加纵向加劲肋及横向加劲肋等。在理论推导方面,得出了均匀受压圆柱体的临界荷载计算公式,并同《海上固定平台入级与建造规范》中考虑了初始缺陷的稳定屈曲计算公式进行了对比; 在有限元软件计算方面,采用 Midas-gen 进行了筒壁式水塔( 有无加劲肋两种模型) 和支架式水塔的屈曲分析,得到临界荷载系数,从技术上确保了水塔的安全性能。( 2) 通过对水塔受力的详细分析,对部分构件及节点进行优化设计,有效降低了用钢量。( 3) 根据 Houser 提出的集中质量法将水箱中的水体当成一个调谐液体阻尼器( TLD) ,考虑水的晃动作用,对水塔结构进行抗震分析,发现水箱中的水有效地减小了水塔结构的地震反应。( 4) 在考虑水体晃动带来的减震效应的同时,发明了一种改善地震中水塔重心分布的装置,从而有效减轻了水塔自重因为变形产生的 P-Δ效应。( 5) 相对于水塔受力主体而言,楼梯的刚度并不小太多,其贡献的刚度可给予考虑。( 6) 水的减机理的理论研究还不够完善,今后可进一步深化、细化。

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