氣柜加肋殼體結構彈塑性分析

4.1 氣柜加肋殼體結構靜力彈塑性分析 
30 萬 m³圓筒形氣柜，高度超過 100m，跨度超過 60m。加勁筒體的質量沿高度變化較小，但是環形走道是質量集中的部位，并且氣柜頂蓋質量較大，約占氣柜總重量的 1/10，所以該結構在罕遇地震作用下可能出現薄弱部位導致重大地震破壞，造成有毒氣體泄漏危害巨大。因此，按照《建筑抗震設計規范》規定，采用靜力彈塑性分析或彈塑性時程分析方法，進行氣柜結構的罕遇地震作用下的彈塑性變形分析。 

為了確保氣柜在罕遇地震作用下不發生重大破壞而導致重大安全隱患，參考《鋼鐵企業煤氣儲存和輸配系統設計規范》對圓筒形氣柜的有關垂直度的規定，按照《建筑抗震設計規范》規定的性能 2 的要求，本文以氣柜筒體頂點位移角限值為 1/500 作為結構彈塑性分析的性能控制目標，即變形小于 2 倍彈性位移限值。 

4.1.1 靜力彈塑性分析能力譜方法 
靜力彈塑性分析（Pushover 分析）能力譜法是對結構施加某種模擬的水平地震慣性力，逐漸單調增加慣性力將結構推至某一預定的目標位移或者使結構成為機構，得到結構在逐級加載下彈塑性變形和基底剪力，將多自由度結構體系的基底剪力與頂點位移關系轉化為等效單自由度能力譜曲線，再根據地震影響系數曲線得到結構的地震需求譜曲線，將結構的能力譜曲線與需求譜曲線畫在一張圖上，獲得結構相應地震需求性能點。本文將采用靜力彈塑性分析能力譜法來確定結構的小震目標位移、中震目標位移和大震目標位移。 

4.1.1.1 結構能力譜 
結構能力譜是將靜力彈塑性分析獲得的基底剪力 V-頂點位移 u 的曲線轉化為結構的譜加速度aS -譜位移dS 曲線，并以譜加速度aS -譜位移dS 形式表示的等效單自由度體系能力譜曲線，體現了多自由度結構體系等效為單自由度體系的變形特征與變形能力。 結構的譜加速度aS 和譜位移
dS 按式（4-1）和式（4-2）轉化 ：  其中， M 為結構質量， I 為單位向量；? 為假定的結構變形形狀，采用頂層幅值為1 的標準化（歸一化）向量。需要注意的是任何合理的變形形狀均可為? ，僅在特定情況下用第一階振型表示。 
4.1.1.2 結構需求譜 

根據不同延性水平，結構需求譜分為彈性需求譜和彈塑性需求譜。 
（1）彈性需求譜 
  結構的彈性需求譜反映的是地震對結構抗震能力的彈性需求?！督ㄖ拐鹪O計規范》采用了相對于重力加速度的單質點絕對最大加速度max? 與體系自振周期 T 之間的關系作為設計地震反應譜。  式中， K 為結構剛度；W 為質點重量； m 為質點重量； g 為重力加速度；T 為結構周期。 利用式（4-12）、（4-13）將《建筑抗震設計規范》的設計地震反應譜（地震影響系數? -周期T 關系）轉化為地震對結構的彈性需求譜（譜加速度ae
S -譜位移d
e
S 關系）。
根據不同的地震影響系數最大值，可以分別得到小震、中震和大震的彈性需求譜。 
（2）彈塑性需求譜 
罕遇地震作用下結構可能進入充分塑性狀態，可采用彈塑性需求譜估計罕遇地震下結構的目標位移。對單自由度彈塑性體系，譜加速度aS 與譜位移dS 滿足下面關系：