一种用于抗震设计实验的球形储罐模型制造技术

本发明专利技术属于石油化工技术领域，涉及一种用于抗震设计实验的球形储罐模型，是一种用于分析球形储罐在地震荷载作用下响应的模型实验装置。该球形储罐模型，由球形壳体及其支撑结构构成，安装在震动台上，球形壳体内部和支撑结构底部装有传感器，支撑结构的支柱由上支柱与下支柱以可拆卸方式相连接构成，球形壳体采用透明有机玻璃，支撑结构采用钢材，支柱间装有拉杆，拉杆中间设有拉压传感器。本发明专利技术能根据不同的实验要求选择不同高度、壁厚的支柱，无需重复制造整体模型。可以方便快捷地研究具有不同参数支柱及拉杆的球罐在地震影响下的不同响应。通过拉压传感器测量拉杆受力，还能为实际结构拉杆部分的减震阻尼器的设计提供数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油化工领域的模型实验装置，涉及一种用于分析球形储罐在地震荷载作用下响应的模型装置。
技术介绍
球形储罐是工业中常用的设备，其存储物通常具有易燃、易爆等特性。目前球形储罐的抗震设计还不够完善，对地震荷载的考虑仍然采用静力强度校核的处理方式，没有从动力方面考虑球罐在地震下的响应情况。申请号为201410787669.X的专利技术专利申请提出了一种“验证球形储罐抗震设计的实验装置及实验方法”，该装置包括振动台、安装在振动台上的球形储罐模型、传感器以及数据采集系统等，振动台在地震仿真模型带动下运动，数据采集系统采集分析球形储罐模型的响应特性。该装置有助于实验室研究球罐结构在地震作用下的动力特性，为球形储罐的抗震设计进一步满足实际地震环境提供了实验数据。但上述装置的球形储罐模型仅是一种基于实际结构的比例模型，无法针对单一变量的研究进行局部结构的灵活更换，对球罐模型支柱的材料选择、支柱之间拉杆受力的测量也没有具体方案。
技术实现思路
本专利技术的目的，是提供一种用于抗震设计实验的球形储罐模型，适用于研究球罐在地震作用下的动力特性，能方便变换球形储罐模型支柱的高度、壁厚等参数，并可对支柱间的拉杆部分受力进行量化的测量。本专利技术的技术方案：一种用于抗震设计实验的球形储罐模型，由用于存储液体的球形壳体2及其支撑结构构成，安装在震动台上，球形壳体2内部安装有压力传感器12，支撑结构底部安装有三维力传感器11，传感器与数据采集系统相连，球形壳体2上部有进液口1、下部有排液口3，其特征在于，支撑结构由支柱、环形连接板7、十字形板条8构成，环形连接板7安装在球形壳体2的赤道处，支柱上端与环形连接板7相连接，为均匀对称布置，十字形板条8与环形连接板7相连接并形成凹型，将球形壳体储罐的下半部分兜在其中，支柱由上支柱4与下支柱6以可拆卸方式相连接构成。球形壳体储罐支柱的高度、壁厚是影响结构水平刚度、乃至抗震强度的重要因素。本专利技术可以通过更换下支柱，方便地针对不同高度、壁厚的支柱进行研究，测试地震荷载下不同参数支柱的结构响应，选取最优的支柱参数。为保证上下支柱的可靠连接，可以采用法兰连接方式。在不影响拆装的前提下，上下支柱的分界处可尽量提高，以实现通过更换下支柱即可变动整个支柱参数，因此，上支柱的高度最好不超过球形壳体半径的1/2。为了在试验中观测记录球形壳体内液体的晃动情况，球形壳体可采用透明材料，如有机玻璃，由于实际球罐支撑结构通常采用钢材，本专利技术支撑结构可同样采用钢材。实际的球形储罐结构中，支柱之间加有拉杆，其一端与一支柱上部连接，另一端与相邻支柱下部相连接，为整个结构提供水平的拉力，以加强承受风荷载和地震荷载的能力。本专利技术可以在支柱间增加拉杆，并在拉杆中间安装拉压传感器，以精确测量拉杆受力的大小，为实际应用中对拉杆参数的抗震优化、以及拉杆阻尼器的安装提供参考。拉杆的一端安装在上支柱，另一端安装在相邻支柱的下支柱的下端，可以采用可拆卸方式安装，以便在实验中更换不同直径的拉杆；拉杆材料可同样采用钢材，拉压传感器两端与拉杆的连接可以采用螺纹方式。测量时，下支柱6底部装有三维力传感器11，其上端与下支柱6底端相连，可以通过连接法兰及螺栓连接，三维力传感器11下端固定在震动台台面上；球形壳体2内部安装压力传感器12，用于测量内部液体晃动下的拍击力。传感器与数据采集系统相连。本专利技术能根据不同的实验要求选择不同高度、壁厚的支柱，无需重复制造整体模型，减少了浪费。可以方便快捷地研究具有不同参数支柱及拉杆的球罐在地震影响下的不同响应。拉杆中间的拉压传感器可以精确测量拉杆受力大小，使得后续调整拉杆参数更有目的性，同时也为实际结构拉杆的减震阻尼器的设计提供了数据。附图说明图1为本专利技术的球形储罐模型正视图。图2为本专利技术的球形储罐模型俯视图。图3为本专利技术的环形连接板和十字形板条的三维图。图中：1进液口，2球形壳体，3排液口，4上支柱，5连接法兰，6下支柱，7环形连接板，8十字形板条，9拉压传感器，10拉杆，11三维力传感器，12压力传感器。具体实施方式实施例1，用本专利技术的球形储罐模型测量模拟地震荷载下不同载液情况的结构响应。球形储罐模型如附图1、附图2和附图3所示。球形壳体2采用有机玻璃，设有进液口1和排液口3，内部上下两侧各装有六个压力传感器12，球形壳体2直径为1000mm，其上下两个半球在赤道线处与环形连接板7采用螺栓连接形成整个球形，连接处有密封胶垫，用于连接处的防水密封。支撑结构有四个均匀分布支柱，上支柱4高度为250mm，直径为180mm，壁厚为6mm，与环形连接板7采用焊接方式连接，下支柱6通过连接法兰5与上支柱4螺栓连接。十字形板条8焊接在环形连接板7下方，形成凹型，用于支撑球形壳体2。支撑结构的材料采用钢材。拉杆10一端安装在上支柱，安装位置距上支柱底端为上支柱长度的1/3～1/2，拉杆另一端安装在相邻支柱的下支柱，安装位置距下支柱底端为100mm～150mm，采用螺栓固定旋紧，拉杆材料同样采用钢材。拉压传感器9与拉杆10采用螺纹连接方式。三维力传感器11的上端与下支柱6通过连接法兰5用螺栓连接、下端预留有螺栓连接孔，用于实验中与震动台面固定连接。实验前，将传感器与数据采集系统及计算机相连接。根据拉压传感器9的读数，通过两端连接螺栓对所有拉杆的松紧程度进行统一调整，使得此时拉杆处的拉压传感器读数一致，即产生相同的预紧力。将三维力传感器11与压力传感器12的显示数值进行调零。实验时先关闭排液口3，向透明球形壳体2内部注入10％左右的液体，通过进液口注入少量染色剂(便于实验观察记录)。所加液体可为水，也可为其他对有机玻璃材料不造成腐蚀作用的液体。待内部液面稳定保持水平后，向震动台提供频率为0.5hz，幅值为5mm的模拟水平方向的震动，震动时间为40s，往复震动20个周期。通过三维力传感器11对整体模型两个水平方向和一个垂直方向的受力情况进行测量，拉压传感器9对拉杆处的受力(拉力、压力)进行测量，球体内部的压力传感器12用于测量液体晃荡时的拍击力。可以通过调整下支柱6、拉杆10的参数、拉杆预紧力、液面高度、振动频率、振动幅值等参数重复上述步骤，对不同结构参数、震动工况下的球形储罐模型进行实验。上述实施例中，所调整的拉杆预紧力调整范围为10N～20N，拉杆直径为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抗震设计实验的球形储罐模型，由用于存储液体的球形壳体及其支撑结构构成，安装在震动台上；球形壳体内部安装有压力传感器，支撑结构底部安装有三维力传感器，传感器与数据采集系统相连，球形壳体上部有进液口、下部有排液口，其特征在于，支撑结构由支柱、环形连接板和十字形板条构成，环形连接板安装在球形壳体的赤道处，支柱上端与环形连接板相连接，为均匀对称布置，十字形板条与环形连接板相连接形成凹型，将球形壳体储罐的下半部分兜在其中，支柱由上支柱与下支柱以可拆卸方式相连接构成。

【技术特征摘要】
1.一种用于抗震设计实验的球形储罐模型，由用于存储液体的球形壳体及其
支撑结构构成，安装在震动台上；球形壳体内部安装有压力传感器，支撑结
构底部安装有三维力传感器，传感器与数据采集系统相连，球形壳体上部有
进液口、下部有排液口，其特征在于，支撑结构由支柱、环形连接板和十字
形板条构成，环形连接板安装在球形壳体的赤道处，支柱上端与环形连接板
相连接，为均匀对称布置，十字形板条与环形连接板相连接形成凹型，将球
形壳体储罐的下半部分兜在其中，支柱由上支柱与下支柱以可拆卸方式相连
接构成。
2.如权利要求1所述的用于抗震设计实验的球形储罐模型，其特征在于，所述
的上支柱的高度不超过球形壳体半径的1/2。
3.如权利要求1或2所述的用于抗震设计实验的球形储罐模型，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨智荣，张大勇，孙亮，王国军，于哲敏，岳前进，寿比南，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11