本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)耗能減震，涉及一種具有多元減震單元的自復(fù)位型半地下儲液罐及其減震方法。

背景技術(shù)：

1、低碳、環(huán)保的清潔能源需求日益增長。天然氣是地球上公認(rèn)的最清潔化石能源，卻難以儲存和運(yùn)輸；將天然氣進(jìn)行超低溫液化可形成液化天然氣(lng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)方便運(yùn)輸和長時間儲存。隨著薄膜罐技術(shù)的迅速發(fā)展，儲液罐作為lng的存儲媒介正逐步趨于大型化；目前，我國單座儲罐最大容量已達(dá)27萬立方米。作為重要的生命線工程和能源基礎(chǔ)設(shè)施，儲液罐結(jié)構(gòu)在動載災(zāi)害作用下的防災(zāi)安全性能受到了廣泛關(guān)注。

2、相比于地上儲液罐結(jié)構(gòu)，地下或半地下式儲液罐結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢。一方面，儲液罐結(jié)構(gòu)多設(shè)置在沿海地區(qū)，地下或半地下結(jié)構(gòu)形式更便于lng船的裝卸；且相比地上結(jié)構(gòu)在抵抗臺風(fēng)、海嘯方面具有天然的優(yōu)勢；另一方面，一旦發(fā)生lng泄漏，地下或半地下儲液罐結(jié)構(gòu)的影響半徑更小。考慮到地下儲液罐結(jié)構(gòu)造價成本高、施工周期長、施工難度大，半地下儲液罐結(jié)構(gòu)具有更加廣泛的工程應(yīng)用性。

3、地震易發(fā)區(qū)域的儲液罐結(jié)構(gòu)可能遭遇強(qiáng)震作用，罕遇地震作用下儲液罐結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生顯著殘余變形，嚴(yán)重影響其使用功能和結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。消能減振技術(shù)通過在受控結(jié)構(gòu)上附加消能減振裝置以共同承擔(dān)地震和風(fēng)振等作用，利用附加耗能、附加剛度等方式確保了受控結(jié)構(gòu)的抗震(振)安全性、人體舒適性和正常使用功能等復(fù)雜需求。傳統(tǒng)半地下儲液罐的側(cè)壁與周圍土體共同構(gòu)成了流體-罐體-土復(fù)雜相互作用體系。地震作用下體系相互作用的交界處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，半埋土體所導(dǎo)致的罐體側(cè)向邊界條件突變會放大儲液罐體剪力、彎矩、集中應(yīng)力和液體波高等多響應(yīng)峰值，進(jìn)而嚴(yán)重威脅儲液罐結(jié)構(gòu)抗震安全與正常使用功能。因此，亟需研發(fā)可消除應(yīng)力集中效應(yīng)、實(shí)現(xiàn)地震能量高效吸收-處置的半地下儲液罐結(jié)構(gòu)體系。

4、專利cn109267675a公開了一種具有滯回型慣容的剪力墻系統(tǒng)，包括剪力墻結(jié)構(gòu)、滯回慣容結(jié)構(gòu)、以及安裝底座，滯回慣容結(jié)構(gòu)包括若干組滯回耗能支撐單元及若干組黏滯自復(fù)位慣容單元；其中，所述的黏滯自復(fù)位慣容單元包括連接耳環(huán)、滾珠絲杠、慣容外筒、旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒、旋轉(zhuǎn)螺母、高強(qiáng)鋼索組、若干旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊、黏滯阻尼液體、內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)軸和連接桿。但該專利中黏滯自復(fù)位慣容單元與滯回剪切板在豎向空間內(nèi)并聯(lián)，其設(shè)置安裝方法用以約束剪力墻系統(tǒng)自復(fù)位變形，不能解決自復(fù)位儲液罐結(jié)構(gòu)釋放自復(fù)位罐體變形、緩解半埋土體-罐體相互作用導(dǎo)致的應(yīng)力集中效應(yīng)；同時前述安裝位置使得剪力墻與安裝底座存在間距，類似技術(shù)應(yīng)用于薄膜型儲液罐，將無法對包含液體的內(nèi)罐提供足夠豎向支撐和自復(fù)位能力，進(jìn)而影響正常使用功能。

5、專利cn109163047a公開了一種非線性電渦流慣質(zhì)阻尼器及設(shè)計(jì)方法，所述非線性電渦流慣質(zhì)阻尼器包括傳動組件、旋轉(zhuǎn)式電渦流阻尼元件、慣性飛輪和外筒；傳動組件包括滾珠絲杠系統(tǒng)、直線導(dǎo)軌和連接桿；旋轉(zhuǎn)式電渦流阻尼元件包括上下導(dǎo)磁圓板、磁體組和導(dǎo)體圓板；慣性飛輪套裝在滾珠絲杠并與滾珠螺母固定為一體；滾珠絲桿順次穿過上導(dǎo)磁圓板、滾珠螺母、下導(dǎo)磁圓板和慣性飛輪的中心孔。但該專利的適用范圍僅限于沿滾珠絲桿軸線的直線運(yùn)動，無法解決搖擺式運(yùn)動等非沿滾珠絲桿軸線的直線運(yùn)動問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的至少一種缺陷而提供一種具有多元減震單元的自復(fù)位型半地下儲液罐及其減震方法，本發(fā)明消除半地下儲液罐中應(yīng)力集中效應(yīng)，同時降低儲液罐液體和結(jié)構(gòu)復(fù)合響應(yīng)、提高半地下儲液罐抗震韌性。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明的技術(shù)方案之一在于，提供一種具有多元減震單元的自復(fù)位型半地下儲液罐，該儲液罐半埋于地面內(nèi)，所述儲液罐通過兩段式自復(fù)位側(cè)壁-電渦流阻尼-慣容裝置與周圍土體連接，所述兩段式自復(fù)位側(cè)壁-電渦流阻尼-慣容裝置包括兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元和電渦流阻尼-慣容單元，所述儲液罐外設(shè)置有兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元，該兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元通過電渦流阻尼-慣容單元與周圍土體連接，

4、所述電渦流阻尼-慣容單元包括慣容部分、電渦流阻尼部分、絲桿行程腔體、滑塊、滑軌和鉸支座，所述絲桿行程腔體至少設(shè)置有一對，其中一個絲桿行程腔體通過滑塊與兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元連接，另一個絲桿行程腔體通過鉸支座與周圍土體鉸接，所述兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元上設(shè)置有滑軌，所述滑塊于滑軌內(nèi)滑動連接，

5、所述慣容部分包括旋轉(zhuǎn)質(zhì)量盤、滾珠絲桿和滾珠螺母，所述滾珠絲桿的兩端分別伸入與滑塊和鉸支座連接的絲桿行程腔體內(nèi)，所述滾珠絲桿上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量盤，所述滾珠絲桿上套設(shè)有滾珠螺母，該滾珠螺母至少設(shè)置有一對，分別嵌設(shè)入與滑塊和鉸支座連接的絲桿行程腔體內(nèi)，

6、所述電渦流阻尼部分包括永磁體，該永磁體至少設(shè)置有一對，分別設(shè)置于與滑塊和鉸支座連接的絲桿行程腔體上，套設(shè)于滾珠螺母上。

7、進(jìn)一步地，所述儲液罐包括內(nèi)罐，該內(nèi)罐上設(shè)置有穹頂，所述內(nèi)罐的側(cè)壁外設(shè)置有地上部分的兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元和地下部分的地下側(cè)壁，所述內(nèi)罐的底壁下設(shè)置有底板，所述穹頂與兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元連接，所述兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元與地下側(cè)壁連接，所述地下側(cè)壁與底板連接。

8、進(jìn)一步地，所述內(nèi)罐與兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元、地下側(cè)壁和底板之間均設(shè)置有隔熱保溫層。

9、進(jìn)一步地，所述地下側(cè)壁外設(shè)置有地下連續(xù)墻，所述地下側(cè)壁與地下連續(xù)墻之間設(shè)置有橡膠墊。

10、進(jìn)一步地，所述兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元包括上下連接的自復(fù)位上側(cè)壁和自復(fù)位下側(cè)壁，通過預(yù)應(yīng)力筋將自復(fù)位上側(cè)壁和自復(fù)位下側(cè)壁錨固于地下側(cè)壁上。

11、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述自復(fù)位上側(cè)壁和自復(fù)位下側(cè)壁的下端開設(shè)有倒角，為自復(fù)位上側(cè)壁和自復(fù)位下側(cè)壁的搖擺式運(yùn)動提供空間。

12、進(jìn)一步地，所述滾珠絲桿的螺紋之間設(shè)置有絲桿滾珠，所述滾珠絲桿通過絲桿滾珠相對滾珠螺母發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述絲桿滾珠能夠減小滾珠絲桿與滾珠螺母之間的摩擦作用，便于發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述滾珠螺母與絲桿行程腔體剛性連接。

13、進(jìn)一步地，所述永磁體分別設(shè)置于與滑塊和鉸支座連接的絲桿行程腔體相對的端面上，所述永磁體與滾珠螺母和絲桿行程腔體剛性連接。

14、進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)質(zhì)量盤設(shè)置于相對的永磁體之間，與滾珠絲桿剛性連接，包括間隔設(shè)置的導(dǎo)體片和非導(dǎo)體片。

15、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述導(dǎo)體片的材料選自銅、銅合金、鋁、鋁合金中的一種或多種。

16、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，一個絲桿行程腔體非相對的端面通過滑塊連接桿與滑塊剛性連接，另一個絲桿行程腔體非相對的端面通過鉸支座連接桿與鉸支座鉸接。

17、進(jìn)一步地，所述滑軌內(nèi)設(shè)置有滑軌滾珠，所述滑塊通過滑軌滾珠相對滑軌滑動，所述滑軌滾珠能夠減小滑塊與滑軌之間的摩擦作用，便于產(chǎn)生相對滑移。

18、本發(fā)明的技術(shù)方案之一在于，提供一種具有多元減震單元的自復(fù)位型半地下儲液罐的減震方法，該方法針對所述的儲液罐進(jìn)行減震，所述方法包括以下步驟：

19、當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，地震動通過周圍土體傳給地下連續(xù)墻，進(jìn)一步傳給儲液罐，而設(shè)置于地下側(cè)壁與地下連續(xù)墻之間的橡膠墊具有良好的吸能隔震效果，可以有效降低地震動傳遞給儲液罐；

20、橡膠墊無法完全隔絕地震動的傳遞，因此地下側(cè)壁發(fā)生水平運(yùn)動，使得自復(fù)位下側(cè)壁發(fā)生水平與搖擺復(fù)合運(yùn)動，鉸支座的鉸接連接方式為自復(fù)位下側(cè)壁的搖擺運(yùn)動提供了空間，滑軌與自復(fù)位下側(cè)壁剛性連接，也產(chǎn)生相同運(yùn)動，滑塊于滑軌內(nèi)發(fā)生沿滑軌軸線的相對運(yùn)動，使得滑塊與鉸支座發(fā)生相對運(yùn)動，當(dāng)滑塊與鉸支座的相對距離發(fā)生變化時，滑塊帶動絲桿行程腔體和滾珠螺母沿滾珠絲桿的軸線產(chǎn)生相對位移，同時通過滾珠螺母帶動滾珠絲桿和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量盤發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而吸收能量；

21、當(dāng)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量盤發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，導(dǎo)體片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動切割永磁體的磁感線產(chǎn)生電渦流阻尼，進(jìn)而耗散能量；

22、同時在預(yù)應(yīng)力筋的作用下，自復(fù)位上側(cè)壁與自復(fù)位下側(cè)壁在震后能夠恢復(fù)到原位置。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

24、(1)本發(fā)明相比于傳統(tǒng)半地下儲液罐結(jié)構(gòu)，設(shè)置了兩段式自復(fù)位側(cè)壁-電渦流阻尼-慣容裝置，一方面，將地上側(cè)壁與地下側(cè)壁獨(dú)立成兩個部分，并通過預(yù)應(yīng)力筋連接兩段式的地上側(cè)壁，使得地上側(cè)壁成為自復(fù)位結(jié)構(gòu)，作為一種典型的可恢復(fù)結(jié)構(gòu)，在地震發(fā)生后可以恢復(fù)到初始位置，消除殘余變形，能夠消除半地下儲液罐中應(yīng)力集中效應(yīng)且提高儲液罐的抗震韌性；另外一方面，電渦流阻尼-慣容單元可以有效地吸收振動能量并控制結(jié)構(gòu)效應(yīng)，基于加速度相關(guān)慣性控制力降低晃動液體加速度響應(yīng)，進(jìn)而同時降低儲液罐液體和結(jié)構(gòu)復(fù)合響應(yīng)且提高儲液罐的抗震韌性；利用自復(fù)位技術(shù)的恢復(fù)能力和慣性質(zhì)量阻尼器的能量耗散能力，可以提升儲液罐側(cè)壁變形能力和吸能耗能能力，消除應(yīng)力集中的影響，同時降低結(jié)構(gòu)-液體相互作用體系復(fù)合響應(yīng)、提高半地下儲液罐結(jié)構(gòu)抗震韌性；

25、(2)本發(fā)明設(shè)置在儲液罐地下側(cè)壁與地下連續(xù)墻之間的橡膠墊可以有效吸收地震過程中的能量，降低整個半地下儲液罐結(jié)構(gòu)的響應(yīng)；

26、(3)本發(fā)明的電渦流阻尼-慣容單元將平動與擺動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動，通過電渦流阻尼部分轉(zhuǎn)化為阻尼力，實(shí)現(xiàn)了能量的吸收與耗散；

27、(4)本發(fā)明構(gòu)建了橡膠墊及兩段式自復(fù)位側(cè)壁單元的振動能量雙重隔離機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了兩段式自復(fù)位側(cè)壁搖擺吸能、慣容部分增效吸能、電渦流阻尼部分增效耗能的能量處置路徑，可有效控制半埋式地下儲液罐應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低儲液罐基底剪力、彎矩、變形和波高等綜合地震響應(yīng)，提高半地下儲液罐結(jié)構(gòu)抗震韌性；

28、(5)本發(fā)明的兩段式自復(fù)位側(cè)壁-電渦流阻尼-慣容裝置安裝方便靈活，易于施工與更換，并且能夠有效隔離、吸收、耗散振動能量，保證結(jié)構(gòu)安全。