基于新型三维隔震支座（3D isolation bearing）的储液罐双向地震稳定性评估框架及其抗震性能研究

本文推荐一项针对核电厂储液罐抗震安全性的创新研究。作者开发了一种新型三维隔震支座（3D isolation bearing），结合水平弹簧系统与竖向弹簧系统，并通过振动台试验验证其隔震效能。研究表明，该支座可显著降低结构响应频率（>70%），有效控制水平向地震作用，但在三向激励下存在摇摆风险。研究进一步通过数值模拟提出加装黏滞阻尼器以增强竖向耗能能力，为高烈度区电力设施抗震设计提供重要参考。

　　

研究亮点

三维隔震支座的结构配置

图1展示了三维（3D）隔震支座的结构配置。如图1a所示，该支座采用水平弹簧系统与竖向弹簧系统上下组合的设计。水平弹簧系统（图1b）采用正交解耦设计，包含双头螺杆、圆形螺母、固定块、滑块和弹簧单元。螺杆贯穿滑块和固定块，滑块内嵌直线轴承确保其仅沿螺杆轴向滑动。弹簧单元对称布置于滑块两侧，通过预压螺母提供初始预压力。当结构承受水平地震作用时，滑块沿螺杆轴向运动并压缩单侧弹簧，从而耗散地震能量。竖向弹簧系统（图1c）由组合碟形弹簧、导向套筒和连接板构成，承担结构的竖向荷载并提供竖向刚度。

试验概况

本研究对电厂储液罐进行了两组振动台试验。两组试验采用同一储液罐模型，仅支撑类型不同：非隔震试验采用刚性支撑，隔震试验则采用三维隔震支座，且两种支撑高度保持一致。通过对比有无隔震支座的试验结果，系统评估三维隔震系统对储液罐动力响应的影响。

试验模型的动力特性

通过对模型施加三向白噪声激励并对加速度响应时程进行频谱分析，获得了储液罐各方向的基本频率（见表2）。值得注意的是，隔震模型的基本频率显著低于非隔震模型——三个方向的频率降幅均超过70%，其中竖向频率降幅最大，达78.3%。这一结果证明三维隔震支座可有效延长结构周期，避开地震能量集中的频段。

数值模拟

振动台试验表明原隔震支座在竖向的阻尼性能不足。为此，本研究对支座进行改进：将两个竖向隔震单元替换为黏滞阻尼器，并在原竖向单元中加装导向管。改进后的三维隔震支座如图16所示。采用的线性黏滞阻尼器阻尼系数C设为300 kN·s/m，通过数值模拟验证其可显著提升支座的竖向隔震性能。

结论

通过系统性的振动台试验，本研究深入探讨了储液罐的动力特性与地震响应，重点评估了新型三维隔震支座的隔震性能，主要发现如下：

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  （1）试验结果表明储液罐具有优异的强度与刚度特性，在试验过程中未出现显著结构变形或损伤；

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  （2）储液罐竖向基频远高于典型地震动的主频范围，表明其对竖向隔震的需求相对较低；

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  （3）三维隔震支座展现出良好的水平隔震效果，但在三向激励下会产生明显摇摆现象，可能导致内部液体泄漏甚至倾覆风险；

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  （4）数值模拟证实，在支座中引入黏滞阻尼器可有效增强竖向隔震性能，并为支座布置间距提供了设计建议。