筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系動(dòng)力特性研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

段君峰，韓 陽(yáng)*，李東橋，薛晨曦

(1.河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，鄭州 450001；2.河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，鄭州 450002)

筒倉(cāng)是用來儲(chǔ)存各類散粒物料(水泥、煤、砂、糧食等)的筒狀構(gòu)筑物，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流及儲(chǔ)運(yùn)等行業(yè)，安全運(yùn)行涉及土木、機(jī)械、生物、化學(xué)等工程[1-2]。筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系，重心高、體積大，在地震作用下，能夠產(chǎn)生較大的附加彎矩和剪力，較易發(fā)生破壞；此外，內(nèi)部?jī)?chǔ)存的散粒體雖具有流體的流動(dòng)性，卻又不像流體一樣能夠向各方向等同的傳遞壓強(qiáng)，其物理特性極具復(fù)雜性[3-4]。振動(dòng)荷載作用下散體與筒倉(cāng)之間存在著復(fù)雜的相互耦合效應(yīng)，造成了筒倉(cāng)在地震作用下的動(dòng)力特性仍有許多不確定因素。一旦發(fā)生破壞，不僅影響相關(guān)生產(chǎn)的正常作業(yè)，而且內(nèi)部散體的泄漏更會(huì)帶來大量的資源浪費(fèi)或環(huán)境污染，甚至引發(fā)次生災(zāi)害，危及人類健康和生命安全[5-6]。圖1、表1分別為中外筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系在地震作用下破壞的典型照片及震害經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，表明地震是威脅筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系安全的主要因素之一[7-9]。由此可見，對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的安全性必須引起重視，特別是該結(jié)構(gòu)體系大多涉及民生工程和基礎(chǔ)工業(yè)，在目前全球氣候問題及難以預(yù)測(cè)的自然災(zāi)害等風(fēng)險(xiǎn)下，更應(yīng)注重其生產(chǎn)能力提升和結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備。

圖1 筒倉(cāng)震害實(shí)例

表1 筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系震害統(tǒng)計(jì)

目前，對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的抗震計(jì)算仍基于“糖葫蘆串”的多質(zhì)點(diǎn)模型，很少考慮筒倉(cāng)-散體的相互作用以及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的空間狀態(tài)，與其自身的力學(xué)模型相差甚遠(yuǎn)，缺乏精細(xì)化分析[10-12]。此外，對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系地震作用下的動(dòng)力特性研究大多基于傳統(tǒng)的抗震理念，單純依靠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度來抵御地震破壞，為了滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，不得不增大結(jié)構(gòu)的截面面積，增加建筑材料自重，已與現(xiàn)有可持續(xù)發(fā)展理念相駁斥，與現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平不相符，已不能作為一種完善、長(zhǎng)期的抗震思想，不能適應(yīng)現(xiàn)代化科技儲(chǔ)藏、安全儲(chǔ)藏的抗震需求。必須堅(jiān)持以防為主，努力實(shí)現(xiàn)從減少災(zāi)害損失向減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變，全面提升結(jié)構(gòu)抵御自然災(zāi)害的綜合防范能力，探尋、引入新的抗震理念。依托新材料、新技術(shù)，探究新的隔震減振方法，對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的長(zhǎng)期安全儲(chǔ)備和運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略價(jià)值。

鑒于此，在對(duì)中外筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系震害經(jīng)驗(yàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)歸納總結(jié)了中外筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的動(dòng)力特性研究現(xiàn)狀，分析探討了筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系亟需解決的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，提出必須引入新的隔震減振理念，并對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力特性及抗隔震研究方向和趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 傳統(tǒng)動(dòng)力特性研究

筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的特殊之處在于內(nèi)部?jī)?chǔ)存散粒體的力學(xué)特征是一種完全獨(dú)立于流體力學(xué)、固體力學(xué)和凝聚態(tài)物理的特殊力學(xué)行為，特別是在動(dòng)力響應(yīng)下，必須綜合考慮散體與固體相互運(yùn)動(dòng)時(shí)壓力、速度的分布變化，以及各種耦合效應(yīng)、能量轉(zhuǎn)換和損失等。對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力響應(yīng)特性的研究始于20世紀(jì)60年代，中外學(xué)者進(jìn)行了大量的理論和試驗(yàn)研究，均對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系抗震理論的發(fā)展起到了不可或缺的作用[13-15]。從散體參與地震響應(yīng)的有效質(zhì)量、地震作用下散體與筒倉(cāng)相互作用機(jī)理、筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究三個(gè)方面進(jìn)行了歸納總結(jié)分析。

1.1 散體參與地震響應(yīng)的有效質(zhì)量

筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系中，內(nèi)部散體的荷載遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自重。在地震作用下，由于散體之間、散體與倉(cāng)壁之間摩擦力的存在，散體與倉(cāng)體振動(dòng)并不一致，各部位散體的振動(dòng)時(shí)程也不一致，散體顆粒之間的相互運(yùn)動(dòng)可以起到一定耗能作用，可理解為并不是所有散體活荷載參與振動(dòng)。因此，能夠準(zhǔn)確合理地確定散體參與地震響應(yīng)的有效質(zhì)量，是筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)抗震研究的關(guān)鍵。

1968年，印度學(xué)者Chandrasekaran等[16]對(duì)裝有小麥、水泥、砂和木炭的模型筒倉(cāng)進(jìn)行了半倉(cāng)和滿倉(cāng)的自由振動(dòng)試驗(yàn)，測(cè)定了散體參與振動(dòng)的有效質(zhì)量系數(shù)，證明了筒倉(cāng)內(nèi)參與振動(dòng)的散體荷載代表值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際重力荷載，指出散體參與地震響應(yīng)的有效質(zhì)量系數(shù)為0.22～0.54，且散體越多參與有效質(zhì)量系數(shù)越小。各國(guó)筒倉(cāng)抗震設(shè)計(jì)方法均基于該理論，并結(jié)合少有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論而建立[17-19]。Harris等[20]利用兩組模型筒倉(cāng)，對(duì)空倉(cāng)、滿倉(cāng)小麥和滿倉(cāng)砂粒的三種工況，進(jìn)行了30次簡(jiǎn)諧水平振動(dòng)試驗(yàn)，依據(jù)筒倉(cāng)和散體整體剛度變化，指出散體的有效質(zhì)量系數(shù)為0.58～0.9，并提出振動(dòng)頻率越低，散體參與的有效質(zhì)量系數(shù)越大。1987年，島本明[21]首次提出散體有效質(zhì)量系數(shù)與筒倉(cāng)剛度和高徑比有關(guān)：當(dāng)高徑比大于1.5時(shí)，動(dòng)力有效質(zhì)量系數(shù)接近1.0；高徑比小于1.0時(shí)，該系數(shù)為0.5～1.0。以上試驗(yàn)研究均從筒倉(cāng)的自振特性出發(fā)，但所得的散體有效質(zhì)量系數(shù)離散性較大。在理論和數(shù)值分析方面，袁興隆等[22]依據(jù)能量守恒原理，指出筒倉(cāng)振動(dòng)時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為散體摩擦力所做的功和結(jié)構(gòu)的變形勢(shì)能，推導(dǎo)了振動(dòng)荷載作用下散體有效質(zhì)量系數(shù)的理論計(jì)算方法，但公式復(fù)雜，不利于應(yīng)用。2016年，意大利Silvestri等[23]對(duì)直徑1.2 m、高1.5 m的有機(jī)玻璃淺圓倉(cāng)模型進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究表明地震作用下，散體的有效質(zhì)量系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的0.8，并指出散體與側(cè)壁間的摩擦系數(shù)越大，散體對(duì)倉(cāng)壁的水平壓力越大，地震傾覆力越大。

前人研究主要集中在散體參與動(dòng)力響應(yīng)的有效質(zhì)量系數(shù)方面。雖然學(xué)者們一致認(rèn)為散體參與地震的有效質(zhì)量遠(yuǎn)小于其實(shí)際質(zhì)量，但影響因素頗多，如筒倉(cāng)的剛度、高徑比、散體物理特性、振動(dòng)頻率、散體與倉(cāng)壁摩擦等。目前對(duì)散體參與有效質(zhì)量系數(shù)的評(píng)估還不是十分精準(zhǔn)，并沒有達(dá)成共識(shí)。所以在動(dòng)力響應(yīng)下系統(tǒng)地精確各種散體在不同剛度、不同高徑比筒倉(cāng)內(nèi)的參與有效質(zhì)量系數(shù)至關(guān)重要，有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)約成本，應(yīng)是目前筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系抗震技術(shù)研究亟待解決的關(guān)鍵課題之一。

1.2 散體與倉(cāng)體相互作用機(jī)理

散體參與振動(dòng)的有效質(zhì)量本質(zhì)上取決于散體與倉(cāng)體的相互作用和結(jié)構(gòu)非線性特征。筒倉(cāng)作為一種儲(chǔ)藏散體的特種結(jié)構(gòu)，地震反應(yīng)的復(fù)雜性在于散體與結(jié)構(gòu)的相互平衡、運(yùn)動(dòng)和耦合效應(yīng)，涉及散體與筒倉(cāng)、散體之間的相互作用，以及二者相互運(yùn)動(dòng)時(shí)倉(cāng)壁和散體內(nèi)部的壓力場(chǎng)分布、速度分布、能量轉(zhuǎn)換與損失等，具有一定的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性[24-26]。

早期，人們分析地震作用下筒倉(cāng)力學(xué)性能，只是簡(jiǎn)單的將散體視為外部荷載。隨著研究的不斷深入發(fā)展，學(xué)者們逐漸意識(shí)到在筒倉(cāng)的抗震設(shè)計(jì)中必須考慮散體的物理非線性和散體與倉(cāng)壁的摩擦接觸問題。散體的物理特性，大多采用土體的等價(jià)非線性模型，主要有連續(xù)介質(zhì)模型和離散元模型；而散體與側(cè)壁的連接狀態(tài)有連續(xù)、摩擦滑移和自由三種狀態(tài)。針對(duì)不同的物理模型和接觸狀態(tài)，學(xué)者們圍繞散體和倉(cāng)壁的相互關(guān)系進(jìn)行了一系列理論分析、數(shù)值計(jì)算和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了單倉(cāng)、群倉(cāng)的自振頻率及結(jié)構(gòu)基本振型等參數(shù)[27-30]，并應(yīng)用離散元理論和顆粒流軟件對(duì)群倉(cāng)模型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了散體與倉(cāng)壁的動(dòng)態(tài)耦合作用力、速度分布規(guī)律等[31-35]。趙衍剛等[36]分別對(duì)三組塑料筒倉(cāng)和一組柱承式有機(jī)玻璃筒倉(cāng)模型進(jìn)行了空倉(cāng)、滿倉(cāng)的單點(diǎn)激振實(shí)驗(yàn)和模擬地震振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)，將散體假定為連續(xù)體，提出了筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的半解析環(huán)元法計(jì)算理論，對(duì)筒倉(cāng)的自振頻率、散體質(zhì)量參與系數(shù)及散體自身剛度對(duì)倉(cāng)壁應(yīng)力的影響進(jìn)行了研究。此外，在模態(tài)試驗(yàn)和理論分析方面，張大英等[37]基于糧食筒倉(cāng)模型的環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)，利用時(shí)域模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法得到了筒倉(cāng)模型的基準(zhǔn)動(dòng)力特性，通過與傳統(tǒng)峰值拾取識(shí)別結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了方法的可靠性，同時(shí)指出對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系中復(fù)雜阻尼機(jī)制的精確評(píng)估還需進(jìn)一步研究。Castiglioni等[38]將散體顆粒視為理想彈塑性準(zhǔn)則Dracker-Prager本構(gòu)模型，充分考慮散體內(nèi)部、散體與倉(cāng)體之間不斷變化的相對(duì)慣性力和位移變化的計(jì)算模型對(duì)筒倉(cāng)與散體的相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，隨后采用一種簡(jiǎn)單的附加質(zhì)量法，認(rèn)為散體對(duì)倉(cāng)壁的動(dòng)態(tài)壓力可以等效成一定質(zhì)量的散體附加于倉(cāng)壁整體運(yùn)動(dòng)，通過對(duì)比分析驗(yàn)證了簡(jiǎn)化附加質(zhì)量法的可行性。

雖然，人們普遍認(rèn)為地震作用下必須考慮筒倉(cāng)和散體的相互作用，但對(duì)二者之間的相互作用機(jī)理還不十分明確，如倉(cāng)體邊界約束如何影響散體壓力場(chǎng)的分布、散體的運(yùn)動(dòng)耗能效率如何、散體與倉(cāng)體能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)等問題還有待進(jìn)一步深入研究，這些都是筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系抗震研究中不應(yīng)忽略的關(guān)鍵問題。

1.3 地震作用下筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性研究

筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系動(dòng)力特性的各種響應(yīng)研究終歸目的在于結(jié)構(gòu)的安全性。學(xué)者們從試驗(yàn)研究、到理論分析、再到有限元仿真計(jì)算等方面均進(jìn)行了大量的研究[39-45]。在試驗(yàn)研究方面，通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，Kitazawa等[46]提出地震作用下筒倉(cāng)底部散體產(chǎn)生的剪力75%作用由筒壁承擔(dān)；施衛(wèi)星等[47]研究了地震作用下筒倉(cāng)的地震反應(yīng)、破壞形式等，根據(jù)相似關(guān)系對(duì)原型筒倉(cāng)進(jìn)行了抗震性能分析；王錄民等[48]、許啟鏗等[49]對(duì)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，利用相似關(guān)系設(shè)計(jì)制作了1/16縮尺比例的柱承式群倉(cāng)和筒承式群倉(cāng)模型，進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、環(huán)境激勵(lì)模態(tài)分析試驗(yàn)以及有限元對(duì)比分析，系統(tǒng)的研究了群倉(cāng)的抗震性能，提出了筒倉(cāng)簡(jiǎn)化計(jì)算模型，為筒倉(cāng)損傷識(shí)別和抗震性能分析提供了參考依據(jù)。針對(duì)柱承式筒倉(cāng)“鞭梢效應(yīng)”，依據(jù)地震中結(jié)構(gòu)吸收能量等于等效彈塑性系統(tǒng)能量的原理，喬宏洲等[50]提出了柱承式筒倉(cāng)的支撐柱屈服剪力的P-Δ效應(yīng)增大系數(shù)。

隨著數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)筒倉(cāng)抗震性能的分析提供了更多的研究方法。Rotter等[51]最早采用彈性有限元法對(duì)筒倉(cāng)中散體的進(jìn)出倉(cāng)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，并與離散元計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比，探討了筒倉(cāng)在地震作用下的破壞機(jī)理。Livaolu等[52]對(duì)六種不同高徑比的筒倉(cāng)進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，并分別考慮剛性倉(cāng)壁和柔性倉(cāng)壁，指出倉(cāng)壁的剛度嚴(yán)重影響地震反應(yīng)：由于倉(cāng)壁的限制，剛性倉(cāng)的高徑比越大，其倉(cāng)壁動(dòng)態(tài)壓力大；柔性倉(cāng)則是底部剪力大。Jagtap等[53]對(duì)縮尺鋼板筒倉(cāng)進(jìn)行三維有限元模擬計(jì)算，顆粒散體采用亞塑性本構(gòu)，研究在三分量地震作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。研究表明散體的水平位移隨筒倉(cāng)高度的增加而增大，頂部中心處的豎向位移最大；散體顆粒越松散，產(chǎn)生的附加壓力和基底彎矩越大。近年來，Silvestri等[54]基于Janssen和Koenen理論，充分考慮了側(cè)壁摩擦力，并考慮到散體的水平剪切力，通過簡(jiǎn)單自由體的動(dòng)態(tài)平衡方程計(jì)算了有效質(zhì)量和地震作用下沿側(cè)壁不同高度處的水平壓力，盡管比較理想化，但與縮尺模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合。隨后，Pieraccini等[55]又對(duì)Silvestri提出的理論公式進(jìn)行了改進(jìn)，并與原公式和歐標(biāo)進(jìn)行了比較，證明了其可靠性。郭坤鵬[56]將儲(chǔ)料視為亞塑性本構(gòu)，通過數(shù)值模擬分析，對(duì)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的地震易損性進(jìn)行了研究。高懿辰等[57]依據(jù)文獻(xiàn)[23]的試驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄟ^有限元數(shù)值分析，以筒倉(cāng)的基底彎矩和基本自振頻率為指標(biāo)，研究了散體彈性模型、泊松比、和黏聚力對(duì)筒倉(cāng)水平地震響應(yīng)的影響，指出對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，可將散體視為連續(xù)理想彈塑性體，采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則。

由于筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜特性，地震荷載作用下，其內(nèi)部水平壓力、豎向壓力和側(cè)壁摩擦力均會(huì)發(fā)生較大變化，且地震水平加速度不僅存在著平動(dòng)分量，還存在著轉(zhuǎn)動(dòng)分量，使其力學(xué)性能更為復(fù)雜。此外，筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性受結(jié)構(gòu)形式、散體屬性、高徑比等因素影響，抗震設(shè)計(jì)驗(yàn)算還處于粗放型階段，缺少精細(xì)化方法。因此，對(duì)筒倉(cāng)地震荷載作用下的力學(xué)特性研究仍是任重道遠(yuǎn)。

2 筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)隔震減振技術(shù)

隔震減振技術(shù)是一種新型的提高建(構(gòu))筑物抗震性能的技術(shù)措施，已在民用建筑、橋梁等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而在筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用則相對(duì)較少，主要是缺乏相關(guān)基礎(chǔ)研究[58]。

在對(duì)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系隔震研究方面，馬建勛等[59]根據(jù)相似理論設(shè)計(jì)制作了1:25的有機(jī)玻璃筒倉(cāng)模型，在三向六自由度振動(dòng)臺(tái)上先后對(duì)模型半倉(cāng)貯料和滿倉(cāng)貯料進(jìn)行了有、無耗能減震裝置的模擬地震振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明耗能減震裝置具有良好的減震效果，筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)在加裝耗能減震裝置后，共振時(shí)倉(cāng)頂動(dòng)力放大系數(shù)平均降低幅度達(dá)20%以上。黃義等[60]通過地基—貯倉(cāng)結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用系統(tǒng)的半解析方法，對(duì)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的減震控制進(jìn)行了研究，利用現(xiàn)有的疊層橡膠支座對(duì)筒倉(cāng)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析，指出隔震后最大位移僅為隔震前的1/8，且隔震筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)以第一振型為主，隔震層以上結(jié)構(gòu)的主要振動(dòng)形式為整體平動(dòng)。Daniel等[61]對(duì)約3 000 t的鋼框架支撐粉煤灰筒倉(cāng)進(jìn)行了隔震減振研究，通過放置在支撐頂部的8個(gè)高阻尼橡膠疊層支座對(duì)高架筒倉(cāng)進(jìn)行了有限元數(shù)值計(jì)算。研究表明隔震后，結(jié)構(gòu)周期增大4.68倍，加速度減小到隔震前的68%，底部剪力減小為隔震前的58.6%，同時(shí)也節(jié)約了鋼材用量，減小了工程造價(jià)。2017年，意大利Kanyilmaz等[62]先后對(duì)化工行業(yè)筒倉(cāng)的抗震性能和破壞特征進(jìn)行了分析，通過鋼板曲面滑移隔震支座對(duì)工業(yè)筒倉(cāng)進(jìn)行抗震加固，通過附加質(zhì)量法進(jìn)行了有限元分析，改造后結(jié)構(gòu)的殘余位移遠(yuǎn)小于改造前，基底剪力值顯著降低，且50年地震易損性概率可降低30%。

筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)隔震減振研究成果表明，目前對(duì)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)地震特性的研究主要側(cè)重于傳統(tǒng)的抗震思想，雖然實(shí)現(xiàn)了“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)計(jì)理念，但筒倉(cāng)破壞的事故依然存在。同時(shí)也存在由于地震荷載不斷積累，在結(jié)構(gòu)累積損傷效應(yīng)下發(fā)生二次破壞、甚至倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須提高筒倉(cāng)的抗震性能，引入新的隔震理念，有必要將隔震減振理念與技術(shù)引入筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)，建立適用于筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的隔震減振技術(shù)體系，變被動(dòng)為主動(dòng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，隔震理念和技術(shù)作為一種新的抗震思想，必將引領(lǐng)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域新方向。筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系較之其他工業(yè)建筑的隔震研究，已存在明顯滯后，必須加快推進(jìn)。

3 結(jié)論及展望

對(duì)中外筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的抗震理論及試驗(yàn)研究進(jìn)行了簡(jiǎn)要回顧，探討了目前急需解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題；并結(jié)合新的隔震理念，分析了筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)引入隔震減振技術(shù)的必要性和重要性。

(1)外國(guó)對(duì)地震作用下散體參與響應(yīng)的有效質(zhì)量的研究較為深入。研究表明，明確地震作用下散體參與有效質(zhì)量是準(zhǔn)確分析筒倉(cāng)地震作用荷載的有效途徑，建議中國(guó)學(xué)者加強(qiáng)對(duì)該方法的研究。外國(guó)學(xué)者提出的有效質(zhì)量系數(shù)多在0.5～1.0浮動(dòng)，離散性較大，受筒倉(cāng)剛度及倉(cāng)徑比的影響，計(jì)算還不是十分精確，也沒有系統(tǒng)地針對(duì)不同類型筒倉(cāng)和散體提出相應(yīng)的有效質(zhì)量系數(shù)，這應(yīng)是筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系抗震研究的主要課題之一。

(2)地震作用下，散體和倉(cāng)體的相互作用機(jī)理是筒倉(cāng)抗震研究的關(guān)鍵所在，涉及散體的非線性和散體與倉(cāng)壁的接觸問題，散體與倉(cāng)體之間的動(dòng)力相互作用將直接影響倉(cāng)體在動(dòng)荷載下的受力行為，對(duì)剛度較小的金屬筒倉(cāng)尤為明顯，是抗震計(jì)算中不應(yīng)忽略的重要因素之一，必須加強(qiáng)該方面的研究。

(3)筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系除了受到風(fēng)載、雪載、地震荷載等作用外，還需要承受散體的壓力荷載，除了考慮結(jié)構(gòu)本身的力學(xué)特性，還需要綜合研究?jī)?nèi)部散體的復(fù)雜力學(xué)特性，以及散體的流動(dòng)狀態(tài)和散體與側(cè)壁相互作用的耦合效應(yīng)。能夠準(zhǔn)確表達(dá)地震作用下顆粒散體摩擦特性和離散特性，以及沿倉(cāng)壁高度應(yīng)力應(yīng)變的分布變化仍是一種挑戰(zhàn)，需進(jìn)一步深入研究。

(4)隔震減振技術(shù)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展和應(yīng)用，已被證明是有效減少地震災(zāi)害的方法之一，且在高層建筑以及橋梁結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用，但在筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)卻鮮有應(yīng)用。因此，將隔震減振技術(shù)引入筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系，建立適用于筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系的隔震減振理論體系具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)科技、綠色、高效儲(chǔ)藏以及筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定具有重要意義。筒倉(cāng)-散體結(jié)構(gòu)體系屬于特種結(jié)構(gòu)，其隔震體系如何構(gòu)建，隔震效果如何，隔震狀態(tài)下的力學(xué)特性、與倉(cāng)壁的相互耦合效應(yīng)等問題都需要進(jìn)行定性分析、定量討論。