大型立式儲(chǔ)罐在地震作用下儲(chǔ)液晃動(dòng)問(wèn)題計(jì)算

周利劍，吳育建，孫建剛2，許 田

(1.東北石油大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，黑龍江大慶 163000；2.大連民族大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧大連 116650)

0 引言

大型立式儲(chǔ)罐具有罐壁薄、容積大等特點(diǎn)，儲(chǔ)液基本自振周期較長(zhǎng)，在長(zhǎng)周期地震動(dòng)作用下，儲(chǔ)液會(huì)產(chǎn)生大幅非線性晃動(dòng)，巨大的沖擊力易造成灌頂損壞及罐壁屈曲等破壞形式[1-2]。例如，1983年，日本海中部地震，距震中270 km的新瀉市，晃動(dòng)周期在10 s左右的13個(gè)油罐發(fā)生溢流和灌頂附屬物損壞，并引起火災(zāi)(見(jiàn)圖1)；2003年11月發(fā)生于日本Tokchi-oki地震中，位于Tomakomai的浮頂油罐受到了嚴(yán)重破壞(見(jiàn)圖2)[3]。

圖1 日本海中部地震引起油罐火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)

隨著經(jīng)濟(jì)和石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)大型立式儲(chǔ)罐的需求越來(lái)越大，如何較為精準(zhǔn)地模擬儲(chǔ)罐在地震作用下的動(dòng)力學(xué)特性，以及近斷層地震作用下儲(chǔ)罐的晃動(dòng)響應(yīng)一直是困擾各國(guó)學(xué)者的難題。中國(guó)處于環(huán)太平洋地震帶和喜馬拉雅地震帶之間，由于斷層破裂引起的近斷層地震時(shí)常發(fā)生。近斷層地震動(dòng)常包含速度大脈沖以及豐富長(zhǎng)周期波形，易與軟土地基以及儲(chǔ)罐產(chǎn)生“雙共振”，從而激發(fā)儲(chǔ)液顯著的大幅晃動(dòng)，對(duì)儲(chǔ)罐安全運(yùn)行及周圍環(huán)境構(gòu)成威脅[4-6]。因此，本文選擇不同頻譜特性的近斷層地震動(dòng)作為地震激勵(lì)，研究?jī)?chǔ)液在其作用下的晃動(dòng)效應(yīng)，并以振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、數(shù)值仿真和對(duì)各國(guó)儲(chǔ)罐規(guī)范波高公式的對(duì)比作為支撐，研究晃動(dòng)效應(yīng)的同時(shí)，探討各國(guó)儲(chǔ)罐抗震規(guī)范對(duì)近斷層地震動(dòng)激勵(lì)波高設(shè)防合理性的問(wèn)題，為近斷層地震動(dòng)作用下立式儲(chǔ)罐的波高設(shè)計(jì)提供參考。

1 立式儲(chǔ)罐的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

由于地震波時(shí)域和頻域的復(fù)雜性，規(guī)范和仿真計(jì)算不能完全體現(xiàn)真實(shí)地震作用下，結(jié)構(gòu)隨時(shí)間歷程的響應(yīng)變化，因此工程界常選擇振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)來(lái)呈現(xiàn)地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的響應(yīng)疊加問(wèn)題，并且振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)是驗(yàn)證理論計(jì)算和仿真計(jì)算最有效的方法[3]。本節(jié)選取10 000 m3立式儲(chǔ)罐，并對(duì)原型罐進(jìn)行1/4的縮尺處理，依據(jù)相似關(guān)系對(duì)模型罐進(jìn)行設(shè)計(jì)和輸入地震動(dòng)參數(shù)的調(diào)整[1]。對(duì)振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行單向地震動(dòng)的加載，提取相應(yīng)的試驗(yàn)波高數(shù)據(jù)，來(lái)研究晃動(dòng)波高和地震頻譜特性以及加速度峰值的關(guān)系，并對(duì)儲(chǔ)罐行業(yè)常用的ADINA有限元軟件的晃動(dòng)仿真進(jìn)行驗(yàn)證。

1.1 試驗(yàn)布置及地震波輸入

本文旨在研究立式儲(chǔ)罐在地震作用下的晃動(dòng)響應(yīng)，便于與規(guī)范計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析，因此試驗(yàn)和仿真均采用敞口罐進(jìn)行相應(yīng)的晃動(dòng)研究。試驗(yàn)?zāi)Ｐ凸薜膸缀纬叽缂安牧蠈傩詾椋汗薷?.65 m、罐直徑2.9 m、儲(chǔ)液高度2.38 m、罐壁及罐底厚度1.5 mm，罐壁和罐底板制造材料為Q235鋼，鋼材密度7 800 kg/m3，鋼材彈性模量2×105MPa，泊松比0.3，儲(chǔ)液密度1 000 kg/m3。

試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)為單向水平激勵(lì)液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備，臺(tái)面尺寸3 m×3 m，最大承載力50 t，極限水平位移為±150 mm。試驗(yàn)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)為內(nèi)部填充土并夯實(shí)的環(huán)梁基礎(chǔ)，試驗(yàn)布置如圖3所示。試驗(yàn)分別布置了加速度、位移和波高測(cè)量傳感器設(shè)備，但本文僅針對(duì)晃動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)研究，因此只介紹晃動(dòng)傳感器的布置。為真實(shí)反映地震激勵(lì)下的晃動(dòng)形態(tài)，分別在圓心和半徑方向依次布置了3個(gè)位移計(jì)，距液面圓心位置的距離分別為0,560,1 300 mm，臺(tái)面輸出加速度采集器布置在環(huán)梁下的臺(tái)面上，采集器布置如圖4所示。

圖3 試驗(yàn)布置現(xiàn)場(chǎng)

本次試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)是以位移的形式進(jìn)行地震動(dòng)輸入的，因臺(tái)面極限位移的限制，本文輸入地震動(dòng)選取世界范圍內(nèi)較為常用的EI-Centro波、TCU089波、金門(mén)波、Pasadena波，其中TCU089波為近斷層地震動(dòng)。各地震波對(duì)應(yīng)的傅里葉周期分別為0.163,0.204,0.28,0.463 s。各位移波分別賦予0.05g,0.1g,0.15g,0.2g,0.25g,0.3g,0.35g,0.4g的峰值加速度，按照模型相似比推導(dǎo)的時(shí)間相似比，各地震波的時(shí)間間隔最終定為0.024 s，各地震波0.4g的位移時(shí)程曲線如圖5所示。

圖4 采集器布置

(a)EI-Centro波 (b)金門(mén)波

1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1.2.1 振動(dòng)臺(tái)輸出加速度分析

為真實(shí)準(zhǔn)確地反映振動(dòng)臺(tái)傳輸?shù)交A(chǔ)的加速度，提取安裝在臺(tái)面的加速度采集器記錄的加速度極值，并與各輸入地震波加速度峰值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 臺(tái)面輸出加速度峰值 m/s2

注:峰值加速度為0.4g的Pasadena波超出臺(tái)面位移

表1可知臺(tái)面輸出加速極值和輸入加速度峰值基本一致，數(shù)值相差不大，雖然個(gè)別地震波在輸入和輸出加速度有細(xì)微偏差，但這也是工程試驗(yàn)不可避免的，因此試驗(yàn)的輸出數(shù)據(jù)是合理的。

1.2.2 試驗(yàn)波高分析

提取位移計(jì)在各地震波激勵(lì)下輸出的極值波高，如表2所示；同時(shí)為探討波高和地震動(dòng)峰值加速度的關(guān)系，對(duì)輸出波高和各地震動(dòng)加速度峰值作趨勢(shì)關(guān)系圖，如圖6所示。

表2 試驗(yàn)晃動(dòng)波高 mm

圖6 波高和峰值加速度趨勢(shì)

由表2可看出，不同地震動(dòng)激勵(lì)波高存在差異，卓越周期較短的EI-Centro波和金門(mén)波激勵(lì)波高相對(duì)較低，相反長(zhǎng)周期波形較豐富且卓越周期較長(zhǎng)的近斷層地震動(dòng)動(dòng)TCU089波和Pasadena波激勵(lì)波高較大，說(shuō)明立式儲(chǔ)罐在地震作用下的晃動(dòng)波高與地震動(dòng)頻譜特性有明顯的相關(guān)性。從圖6可以看出，隨著輸入地震動(dòng)峰值的增加，激勵(lì)波高與輸入加速度峰值大致呈線性增加，特別是長(zhǎng)周期特性較明顯Pasadena波和近斷層TCU089波的這種線性關(guān)系增長(zhǎng)更加明顯，從波高和峰值加速度的對(duì)應(yīng)數(shù)值比例可以看出，任意兩波高的比值近似等于兩加速度峰值的比值。因此，立式儲(chǔ)罐在地震作用下的晃動(dòng)波高響應(yīng)，與加載地震動(dòng)卓越周期有關(guān)，地震動(dòng)周期越長(zhǎng)或長(zhǎng)周期波形越豐富，對(duì)儲(chǔ)罐激勵(lì)波高越大，所以立式儲(chǔ)罐在長(zhǎng)周期地震動(dòng)作用下的波高晃動(dòng)問(wèn)題是不容忽視的。

1.3 數(shù)值仿真分析

利用ADINA軟件對(duì)模型罐進(jìn)行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬的目的是與試驗(yàn)互相驗(yàn)證、對(duì)比兩者差異的同時(shí)，驗(yàn)證有限元晃動(dòng)分析的可靠性。數(shù)值仿真的材料屬性以試驗(yàn)?zāi)Ｐ凸逓闇?zhǔn)，晃動(dòng)模擬的計(jì)算采用勢(shì)流體模塊，勢(shì)流體模塊主要優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)能自動(dòng)定義液固耦合界面，大大簡(jiǎn)化了儲(chǔ)罐建模步驟[7]；儲(chǔ)罐基礎(chǔ)采用實(shí)體單元，基礎(chǔ)和罐體接觸面采用接觸單元，儲(chǔ)罐模型和接觸模型如圖7所示。

為使有限元模型的輸入地震動(dòng)與試驗(yàn)輸入地震動(dòng)一致，有限元模型地震動(dòng)輸入采用試驗(yàn)臺(tái)面加速度器采集的各地震動(dòng)0.2g峰值的加速度波，對(duì)模型單向加載各地震波進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，采集的晃動(dòng)波高和試驗(yàn)波高的極值對(duì)比如表3所示，仿真波高時(shí)程曲線和試驗(yàn)波高時(shí)程曲線對(duì)比如圖8所示。

注:“-”和“+”分別表示波高數(shù)據(jù)的最小值和最大值；偏差=∣仿真值-試驗(yàn)值∣/仿真值×100%

(a)EI-Centro波高

(b)金門(mén)波高

(c)TCU089波高

(d)Pasadena波高

圖8 仿真波高和試驗(yàn)波高時(shí)程曲線對(duì)比

由表3可以看出，仿真波高和試驗(yàn)波高晃動(dòng)極值相差不大，偏差的平均值為16.5%，仿真波高略大于試驗(yàn)波高，這也與波高采集設(shè)備有關(guān)，因彈性位移計(jì)對(duì)晃動(dòng)波高有一定的壓制作用，所以試驗(yàn)波高略小于仿真波高。從圖8可以看出，仿真和試驗(yàn)極值波高時(shí)程曲線的走向基本一致，僅在波高值大小有細(xì)微差異，從4條波高時(shí)程對(duì)比曲線可以看出，仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，兩者互相驗(yàn)證，因此利用ADINA有限元軟件進(jìn)行立式儲(chǔ)罐的晃動(dòng)模擬具有可行性。

2 立式儲(chǔ)罐有限元分析

由試驗(yàn)結(jié)果分析可知，立式儲(chǔ)罐的晃動(dòng)波高和地震動(dòng)頻譜特性有關(guān)，長(zhǎng)周期波形含量越豐富的地震動(dòng)，其激勵(lì)波高越大，特別是近斷層這種常含有大量長(zhǎng)周期波形的地震動(dòng)，激發(fā)波高較大，但由于近斷層地震動(dòng)的發(fā)生往往伴隨速度大脈沖，對(duì)結(jié)構(gòu)激發(fā)位移較大，而一般振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面極限位移較小，限制了近斷層地震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)位移的輸出，因此工程界常采用數(shù)值分析的方法進(jìn)行大型立式儲(chǔ)罐在長(zhǎng)周期地震動(dòng)下晃動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算。由上節(jié)仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比可知，利用ADINA有限元軟件進(jìn)行大型立式儲(chǔ)罐的晃動(dòng)模擬是可行的。因此，本節(jié)選擇10 000 m3立式儲(chǔ)罐進(jìn)行近斷層地震動(dòng)下的數(shù)值仿真，以探究激勵(lì)波高和卓越周期以及脈沖周期的相關(guān)性，以及各國(guó)規(guī)范對(duì)近斷層地震動(dòng)激勵(lì)波高包絡(luò)性的問(wèn)題。

2.1 有限元模型的建立和地震波的選取

圖9 有限元模型和一階模態(tài)示意

10 000 m3立式儲(chǔ)罐基本尺寸為：罐高17.5 m、直徑28.3 m、儲(chǔ)液高度14 m；罐壁鋼材為Q235鋼，鋼材屬性為：密度ρ=7 800 kg/m3、彈性模量E=2.06×1011N/m2、泊松比0.3；從儲(chǔ)罐的安全角度出發(fā)，罐內(nèi)儲(chǔ)油用水代替，水的密度ρ=1 000 kg/m3,彈性模量E=2.1×109N/m2；地基形式為彈性地基，地基彈性模量2.1×1011N/m2，泊松比0.3。有限元模型及周期為5.42 s的一階模態(tài)如圖9所示。

圖10 近斷層地震動(dòng)和設(shè)計(jì)加速度譜擬合曲線

(a)近斷層地震波時(shí)程曲線RSN171_IMPVALL

(b)近斷層地震波時(shí)程曲線RSN1503_CHICHI

早期強(qiáng)震儀對(duì)長(zhǎng)周期地震波記錄有局限性，缺乏可靠的長(zhǎng)周期和近斷層地震波記錄，因此本文依據(jù)地震動(dòng)三要素，即地震動(dòng)持時(shí)、頻譜特性、有效峰值，從太平洋地震工程研究中心(PEER)選取世界范圍內(nèi)記錄的38條近斷層地震動(dòng)，選取的近斷層加速度反應(yīng)譜和中國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)譜擬合曲線如圖10所示，其中地震波編號(hào)為171和1503的加速度時(shí)程曲線如圖11所示。

2.2 10 000 m3立式儲(chǔ)罐的晃動(dòng)響應(yīng)分析

應(yīng)用ADINA有限元軟件的勢(shì)流體理論，對(duì)儲(chǔ)罐輸入0.2g峰值加速度的地震動(dòng)，采用動(dòng)力時(shí)程積分法計(jì)算儲(chǔ)罐的晃動(dòng)響應(yīng)，得到的38條地震動(dòng)激勵(lì)波高以及各地震動(dòng)基本信息如表4所示。

注:RSN為太平洋地震工程研究中心(PEER)編碼

從表4可以看出，不同地震動(dòng)的周期參數(shù)不同，激勵(lì)的波高也不同。通過(guò)試驗(yàn)可知，激勵(lì)波高與地震動(dòng)頻譜特性具有相關(guān)性，近斷層地震動(dòng)主要的周期參數(shù)包括傅里葉幅值譜卓越周期和脈沖周期，而這兩種參數(shù)與激勵(lì)波高的相關(guān)性如何，對(duì)此分別作近斷層地震動(dòng)卓越周期及脈沖周期與波高的趨勢(shì)圖，如圖12所示。

(a)卓越周期和波高的趨勢(shì)圖

(b)脈沖周期和波高趨勢(shì)圖

從圖12可以看出，利用近斷層卓越周期和脈沖周期表征波高都有一定的趨勢(shì)性，波高較大值主要集中在一階晃動(dòng)周期附近，而且波形周期越大，激勵(lì)波高越大，這也是長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)在地震動(dòng)下響應(yīng)特點(diǎn)，但由于地震動(dòng)頻譜復(fù)雜性，波高與周期關(guān)系呈較大的非線性特征，利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量卓越周期及脈沖周期和激勵(lì)波高的相關(guān)性，計(jì)算的相關(guān)系數(shù)分別為0.495和0.458，都表現(xiàn)出中等程度的線性相關(guān)性，并且卓越周期較脈沖周期與波高的線性程度稍高，因此，對(duì)近斷層地震動(dòng)利用工程常用的卓越周期來(lái)表征激勵(lì)波高也具有一定的合理性。

2.3 近斷層地震動(dòng)激勵(lì)波高與各國(guó)儲(chǔ)罐規(guī)范波高值的對(duì)比分析

盡管中美歐日的儲(chǔ)罐抗震規(guī)范在抗震理念、設(shè)計(jì)水平、地震動(dòng)參數(shù)的定義等方面存在差異，但對(duì)晃動(dòng)的設(shè)計(jì)又異曲同工，四類規(guī)范的晃動(dòng)周期都是引用于Housner[8]剛性罐壁的一階晃動(dòng)周期，晃動(dòng)波高公式也是在剛性罐壁基礎(chǔ)上，考慮彈性罐壁的兩質(zhì)點(diǎn)或三質(zhì)點(diǎn)理論模型[9]，并應(yīng)用于各國(guó)反應(yīng)譜的晃動(dòng)公式，各國(guó)規(guī)范晃動(dòng)波高和周期公式如表5所示。選用 8度0.2g地面基本加速度，Ⅲ類場(chǎng)地，地震分組為第一組的抗震設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行10 000 m3立式儲(chǔ)罐的波高計(jì)算，并依據(jù)李慧等研究成果[10-12]，通過(guò)各國(guó)規(guī)范對(duì)比分析，選取國(guó)外規(guī)范相似的抗震設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行晃動(dòng)周期和波高計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表5 各國(guó)規(guī)范波高公式與周期公式

注:hV,d-晃動(dòng)波高；η-罐型系數(shù)；KV-長(zhǎng)周期反應(yīng)譜調(diào)整系數(shù)；K-譜加速度調(diào)整系數(shù)，一般取K=1.5;Q-設(shè)計(jì)液位譜加速度縮放比列系數(shù)，一般取Q=1.0;TL-長(zhǎng)期過(guò)度周期;So-反應(yīng)譜響應(yīng)瞬時(shí)加速度參數(shù)，一般取So=0.4Ss;Svo-速度彈性譜值，一般取Svo=100 cm/s，V1-地域修正系數(shù)

表6 各國(guó)儲(chǔ)罐規(guī)范計(jì)算波高和周期

由表6可以看出，各國(guó)規(guī)范在對(duì)10 000 m3立式儲(chǔ)罐計(jì)算的晃動(dòng)周期基本相似，與有限元計(jì)算的一階晃動(dòng)周期5.42 s也非常接近，這也說(shuō)明利用ADINA軟件對(duì)儲(chǔ)罐的模擬具有一定的合理性。各國(guó)規(guī)范的晃動(dòng)波高計(jì)算有較大的差別，這主要是因?yàn)楦鲊?guó)規(guī)范波高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的不同，中國(guó)兩個(gè)儲(chǔ)罐規(guī)范的波高計(jì)算值也有差別，GB 50341—2013計(jì)算的波高較大，這也是因?yàn)镚B 50761—2018在GB 50341—2013的基礎(chǔ)上取消了雙阻尼修正，然后又通過(guò)長(zhǎng)周期調(diào)整系數(shù)KV對(duì)波高設(shè)防進(jìn)行了降低，從而其波高值更接近美國(guó)和日本規(guī)范值；美國(guó)儲(chǔ)罐規(guī)范的波高公式也是運(yùn)用加速度譜進(jìn)行波高求解，由區(qū)劃參數(shù)、場(chǎng)地、罐型參數(shù)和基本譜值進(jìn)行波高的計(jì)算，然后在通過(guò)使用類別分組、重要性系數(shù)和液位比例系數(shù)進(jìn)行波高的調(diào)整；歐洲規(guī)范對(duì)大于4 s的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震響應(yīng)計(jì)算時(shí)，利用規(guī)范附錄A的位移譜轉(zhuǎn)換彈性譜的方法進(jìn)行求解，但利用位移譜求解的波高值較其他規(guī)范較低；日本規(guī)范利用平均速度譜值進(jìn)行波高計(jì)算，其場(chǎng)地和區(qū)劃參數(shù)對(duì)波高計(jì)算值影響較小。從4個(gè)儲(chǔ)罐抗震規(guī)范的波高計(jì)算值可以看出，歐洲規(guī)范相對(duì)其他規(guī)范的波高計(jì)算值最低，中國(guó)規(guī)范的波高值最大。

抗震設(shè)防是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和抗震傳統(tǒng)的體現(xiàn)，各國(guó)儲(chǔ)罐的波高設(shè)防是依據(jù)各國(guó)擬合反應(yīng)譜計(jì)算的波高確定的，而對(duì)于易激發(fā)大幅晃動(dòng)的近斷層地震動(dòng)如何設(shè)防，這是我們需要確定的問(wèn)題，因此，將38條近斷層激勵(lì)波高和各國(guó)規(guī)范計(jì)算的軟弱地基對(duì)應(yīng)的波高值做對(duì)比，來(lái)探究這種設(shè)防合理性，對(duì)比圖如圖13所示。

圖13 近斷層地震動(dòng)仿真波高與各國(guó)規(guī)范波高的對(duì)比

從圖13可以看出，各規(guī)范都不能完全包絡(luò)近斷層地震動(dòng)的激勵(lì)波高，這也符合各國(guó)規(guī)范以平均的方式擬合設(shè)計(jì)譜的原則；歐洲規(guī)范計(jì)算波高小于大部分地震動(dòng)激勵(lì)波高，甚至比個(gè)別地震激勵(lì)波高小十倍之多，中國(guó)規(guī)范GB 50341—2013對(duì)激勵(lì)波高的包絡(luò)率相對(duì)最高，達(dá)到68%，這也與其波高公式雙阻尼修正的不合理性有關(guān)。從均值效應(yīng)來(lái)進(jìn)行分析，38條地震動(dòng)平均波高是1 611 mm，是中國(guó)規(guī)范GB 50761—2018計(jì)算波高的1.51倍，美國(guó)規(guī)范的1.1倍，歐洲規(guī)范的3.78倍，日本規(guī)范波高的1.21倍，由此，可以得出各國(guó)規(guī)范對(duì)近斷層地震動(dòng)激勵(lì)波高的設(shè)防存在不合理性，因此，立式儲(chǔ)罐規(guī)范的波高計(jì)算有必要考慮近斷層地震的影響。

3 結(jié)論

本文針對(duì)大型立式儲(chǔ)罐的晃動(dòng)響應(yīng)分析，以振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、數(shù)值仿真和各國(guó)儲(chǔ)罐抗震規(guī)范的對(duì)比為依據(jù)，計(jì)算了立式儲(chǔ)罐在近斷層地震作用下的晃動(dòng)波高，給出近斷層地震動(dòng)對(duì)晃動(dòng)效應(yīng)的影響，并討論了國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐規(guī)范的波高計(jì)算對(duì)近斷層地震動(dòng)激勵(lì)波高的設(shè)防問(wèn)題，得出以下結(jié)論。

(1)從立式儲(chǔ)罐的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)可知，不同頻譜特性的地震動(dòng)對(duì)儲(chǔ)罐激勵(lì)波高的大小不同，短周期地震動(dòng)激勵(lì)波高較小，包含豐富長(zhǎng)周期波形的近斷層地震動(dòng)激勵(lì)波高較大；立式儲(chǔ)罐在地震動(dòng)作用下的波高值與地震動(dòng)峰值加速度呈一定的線性關(guān)系，兩波高比值近似等于兩峰值加速度的比值；對(duì)模型罐進(jìn)行有限元晃動(dòng)模擬，仿真波高和試驗(yàn)波高有較好的擬合，得出利用ADINA有限元軟件進(jìn)行立式儲(chǔ)罐的晃動(dòng)模擬具有可行性。

(2)利用ADINA有限元軟件對(duì)10 000 m3大型立式儲(chǔ)罐做近斷層地震作用下的晃動(dòng)模擬，從地震動(dòng)周期參數(shù)和激勵(lì)波高的相關(guān)性中可知，利用脈沖周期或卓越周期表征波高有一定的可行性；依據(jù)相似參數(shù)對(duì)中、美、歐、日等國(guó)家和地區(qū)的儲(chǔ)罐抗震規(guī)范進(jìn)行波高計(jì)算，并與仿真波高做對(duì)比分析，得出中國(guó)儲(chǔ)罐規(guī)范的波高計(jì)算值最高，歐洲規(guī)范利用位移譜計(jì)算的波高值最低，各國(guó)規(guī)范波高計(jì)算值對(duì)近斷層地震動(dòng)激勵(lì)波高的包絡(luò)率都不高，各國(guó)儲(chǔ)罐的波高設(shè)計(jì)有必要考量近斷層地震動(dòng)對(duì)晃動(dòng)的不利影響。