文档介绍：尚春雨,等:考虑水晃动作用时椭球形水塔的地震反应分析
考虑水晃动作用时椭球形水塔的地震反应分析
尚春雨1
张海军2
赵建国2
(,辽宁大连116031;,北京100088)
摘要:针对实际工程,首先利用计算流体动力学软件FLUENT建立可以考虑水晃动作用影响的椭球形水塔的动
力计算模型,然后对该水塔结构在不同承深情况下的自振频率和阻尼特性以及在不同地震波动下的时程反应进行
计算分析。计算结果表明:椭球形水塔中水体的晃荡作用有明显的TLD效应,能够有效地减小水塔的地震反应。
关键词:椭球形水塔;时程分析;自由液面;自振周期;阻尼比;单自由度结构体系
RESEARCH ON SEISMlC RESPoNSE OF ELLIPSoIDAL WATER
CONSIDERING WATER SLOSHING
ToWER
Shang Chunyul
Zhong
Hoijun2
Zhao Jiongu02
( Metallurgy
Corporation Limited,Dalian 116031,China;
Jingye
Corporation
Limitedt Beijing 100088,China)
bined with engineering practice。this
firstly presented the dynamic calculating model of
ellipsoidal water tower using FLUENT software,putational fluid dynamics(CFD),in order that the water
effect of tower
be then
the natural periods and
damper characteristics of
the tower with
different water depths were 。its seismic
under various earthquake waves were researched.
The results showed that the sloshing of water in the ellipsoidal tower
effectively reduce the seismic response of
tower
because it evidently plays
role of TLD.
KEY
WORDS:ellipsoidal water tower;time-history analysis;free surface;natural period;damper ratio;single
degree of freedom structural system(SDOF)
0
引
言
到了更加精确的模拟结果。例如,Huang(1996)[5]
水塔中的水在水平地震作用下会发生液面晃动
并产生晃动力,从而影响水塔的运动。以往的计算
模型通常将水塔内水体的质量固结于水塔的水箱上
而忽略了水体一结构的动力相互影响,从而造成较
大的误差。因此,如何模拟地震作用下水塔中水的
液面晃动和确定水的晃动力是决定动力计算模型正
确与否的关键。
液体的晃动问题是典型的非线性问题,加之流
体的黏性影响,它是难度较大的数学问题。多年来
许多学者用各种理论和方法对该问题进行了广泛的
研究。Housner(1957E¨,1963[2])提出了Housner
模型,俗称集中质量法,其基本原理是将液体晃动对
箱体产生的动液压力分为脉冲压力和晃动压力两部
用浅水方程对液面晃动进行模拟。Chen等
(1996)[6]用欧拉方程对矩形容器内液体在地震作用
下的大振幅晃动问题进行了数值模拟。在数值方法
上,有限差分‘71、有限元‘¨¨、边界元法n03和有限体
积法[11]等都被用来模拟液面晃动问题,取得了较理
想的结果。
应该指出,上述各种方法都或多或少地对液体
进行了简化,例如,假设液体做无旋运动,要求容器
的形状为规则的等。这与真实流体的运动有一定的
差距,从而使模拟精度和应用范围受到较大的限制。
而且,本工程水箱的腔室为不规则的椭球体,用简化
的方法是很难准确模拟水体晃动的。
FLUENT是目前处于世界领先地位的计算流
分,并将这两种动液压力分别用两个与箱