冰击力下导管架储油平台动力分析

采用ANSYS有限元软件对导管架储罐平台建立了有限元模型,考虑了储罐中液体与罐壁间流固耦合的相互作用.对平台的空罐、半罐、满罐三种工况下进行了海冰作用下平台的动力响应分析,得到储油量不同时罐壁位移随高度变化的曲线和海冰作用点的位移时程曲线,得到节点位移的变化规律,对今后导管架储油平台的设计和进一步研究奠定基础.     

基于流固耦合的LNG储罐外罐地震响应分析

为研究流固耦合对LNG储罐外罐的地震响应问题,采用振动台试验和数值仿真相结合方法对不同地震波下不同液体高度的LNG储罐进行震动分析。试验结果表明：地震会改变罐体加速度和位移的分布情况,不同地震波和不同液体高度对位移和加速度的放大效应有着不同的影响,在El Centro波、Taft波和SHM2波作用下,流体振荡产生的减震作用和流体压力产生的附加惯性作用能够减小储罐中部的位移,但对加速度有所放大。利用时程分析法对5000m³LNG储罐的位移和环向应力进行地震模拟分析,结果表明：储罐的环向应力呈现出中间大两头小的走势,在罐高的1/4h、1/2h和3/4h上出现极值;位移沿罐高度方向先增加后减少,峰值出现在1/4h、1/3h、1/2h和3/4h处。因此在LNG储罐抗震设计时,应考虑流固耦合效应对结构的影响,在1/4h、1/3h、1/2h和3/4h处的薄弱位置,宜采用增加壁厚、设置阻尼器和钢筋加密等措施增强结构的可靠性和安全性。     

基于SMA阻尼器的在役立式储罐耗能减震分析

经抗震设计的在役立式储罐在强震作用下会发生严重破坏,为了降低服役期内储罐的地震响应,借鉴已有储罐简化力学模型研究成果,在液固耦合质量处附加形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)耗能阻尼器,同时考虑土与结构相互作用,建立简化分析力学模型,给出运动方程,对储罐的地震响应(基底剪力、基底弯矩、位移、加速度)进行参数影响分析。计算结果表明:附加SMA阻尼器能够有效降低储罐的基底剪力、基底弯矩、液固耦合质量的位移和绝对加速度;场地条件对阻尼器减震效果有影响;SMA棒根数不同,减震效果不同,储罐减震设计要视设计安全和造价决定SMA棒根数。     

半地下式LNG储罐地震响应的离心试验研究

以半地下式LNG储罐的地震响应和桩基础对半地下式LNG储罐的抗震性能影响为研究目的，设计并开展动力离心模型试验，通过对比有桩和无桩储罐的地震响应加速度、摆角、储液晃动波高等差异，验证桩基础对半地下式LNG储罐抗震性能的提升效果。结果表明：以自振周期为控制参数的大型LNG储罐离心试验设计方法满足设计原则和要求；0.05g、0.1g、0.3g El Centro波荷载下，桩基础减小了储罐罐顶5.0%～36.6%的水平加速度、13.8%～33.6%最大摆角和8.4%～18.8%储液晃动波高等地震响应，桩基础有利于提高半地下式LNG储罐的抗震性能。     

LNG储罐外壳自振特性及地震响应分析

主要研究LNG储罐外壳的自振特性和地震响应分析,应用ANSYS建立LNG储罐外壳有限元模型,得到有限元模型的频率、振型、最大相对位移等,选取三种地震波进行了LNG储罐外壳的地震响应分析,得到LNG储罐特殊位置点的位移、加速度、等效应力时程曲线。     

地震作用下的大型液化天然气储液罐可靠度分析方法

建立1.6×105m3大型液化天然气(LNG)储液罐有限元模型来数值模拟该结构响应,通过理论推导得到附加质量计算公式,利用附加质量法来表征在动态响应中的液固耦合作用,在此基础上对LNG储液罐进行地震响应分析,得到其在地震响应作用下的应力时程。鉴于大型LNG储液罐非线性程度高的特点,引入随机响应面法来模拟结构随机参数与响应量之间的关系,并利用Hermite混沌多项式将结构响应应力表示为标准随机变量的函数,进而建立了与结构失效准则相对应的功能函数,进行可靠度求解。     

长周期地震动作用下LNG储罐外罐的动力性能研究

外罐是确保LNG储罐安全的关键设施,研究长周期地震动作用下外罐的动力性能对LNG储罐具有重要意义。本文以160000 m³LNG储罐为背景,考虑了重力与预应力筋作用,采用集成化的通用结构分析与设计软件SAP2000建立外罐的三维有限元模型,分析了外罐的变形、加速度和基底剪力以便证实长周期地震动作用下外罐受力性能良好并在控制范围内,在此基础上,引入由叠层橡胶隔震支座与软钢阻尼器组成的新型并联隔震装置,分析长周期地震动对外罐隔震性能的影响,研究结果表明,由于地震动的随机性、模糊性和不确定性,外罐基础隔震设计必须考虑长周期地震动的影响。新型隔震装置对短周期地震动而言是有效的,长周期地震动作用下隔震失效;当Mexican地震动卓越周期与隔震周期接近时,隔震外罐发生共振现象,其顶点位移为El Centro地震动作用下顶点位移的2.74倍,其基底剪力为El Centro地震动作用下基底剪力的7.31倍,隔震层位移达到385.49 mm,为外罐设计提供技术支撑和理论依据。     

特大型LNG储罐抗(减)震研究发展综述

特大型LNG储罐结构同一般的储罐设施相比有着显著不同,结构本身复杂,而安全要求则又等同于核电设施,其结构设计理论目前仍然由国外少数公司掌握。特大型LNG(液化天然气)储罐属于生命线工程,其抗震能力对保证安全供气十分重要。文中介绍了特大型LNG储罐在地震作用下所涉及的液固耦合、结构各部分间相互作用、振动控制系统、土结相互作用及所使用标准等方面的研究现状,对国内外已建罐体结构形式、基础结构方案、结构振动控制装置进行了总结。同时,提出了国内外在特大型LNG储罐抗(减)震分析方面研究的不足及可以深入研究的内容和发展趋势,期望为我国LNG储罐建设的国产化提供有意义的理论和技术参考。     

大型液化天然气储罐隔震体系地震响应分析及经济评价

以山东青岛某液化天然气(LNG)储罐为背景,首先采用ADINA软件建立了LNG储罐三维模型,对隔震和非隔震储罐进行模态分析,然后分析不同形状系数隔震支座储罐的地震反应,并研究隔震支座参数对储罐隔震效果的影响,最后对采用隔震支座储罐的经济效益进行初步评价。研究结果表明:采用隔震装置可以降低储罐的自振频率,减小内罐和外罐的加速度、等效应力响应,但应注意隔震体系自振周期的延长将导致液体晃动波高的增加对罐顶的影响;隔震频率和阻尼比对储罐地震响应影响明显;采用隔震支座不但减小了地震反应,同时也降低了储罐的造价。     

圆环耗能器控制浮放储罐地震响应

针对立式钢制储罐地震响应及提离效应问题,考虑基础与土壤的相互作用,采用圆环耗能器进行减小地震响应、降低提离的控制研究,建立了控制体系的力学分析模型,并给出了运动分析方程。对实际应用的浮顶罐进行了数值仿真计算,所采用的控制体系具有较好的减震效果;对比了储液容器液固耦合质量无控与有控时的位移、绝对加速度和基底剪力和提离转角的时程曲线;探讨了圆环套数对减震效果的影响。数值计算表明:圆环耗能器能够有效的控制地震响应及提离。     

超低温作用下LNG储罐热-结构耦合分析

在内罐泄漏等特殊工况下,预应力混凝土罐壁将直接暴露在-162℃的超低温环境中,由此产生的温度应力和变形可能会对储罐的结构安全带来威胁。因此,对LNG储罐混凝土外罐进行泄漏等低温条件下的力学验算和评估十分重要。本文利用有限元法（FEM）对内罐泄漏工况下的大型LNG预应力混凝土储罐进行热-结构耦合分析,结果表明：混凝土罐壁的降温过程较为缓慢,温度沿壁厚（0．8m）方向达到稳定需要大概一周的时间;热保护角范围以外的预应力钢绞线温度分别降低至-87℃（夏季）和-102℃冬季）;低温作用使混凝土罐壁产生较大的内力和变形,罐壁内外两侧温差越大,内力、变形越大,在设计中可通过设置热保护系统来防止其对储罐结构可能造成的破坏。研究成果对于评估超低温对混凝土外罐结构安全的影响、制定液化天然气储罐结构安全规范具有一定的指导意义。     

大型液化天然气(LNG)储罐地震响应分析

基于陆培炎提出的横向荷载作用下土、桩共同作用的集中力弹簧模型,将桩土共同作用简化为弹簧,考虑地震下的响应,在弹簧的基础上增加了阻尼器以模拟土的阻尼特性。通过集中质量法模拟地震作用下液化天然气对罐璧的动压力。利用ANSYS有限元分析软件,通过APDL语言建立桩-土-结构整体三维精细模型,对空罐、半罐及满罐三种工况进行了分析,并对基础刚接、基础隔震及考虑桩土作用及隔震垫三种情况进行了地震响应对比。     

大型LNG储罐顶部环梁的优化设计

顶部环梁作为LNG储罐混凝土外罐罐顶与罐壁的连接部分,位置特殊且受力复杂。合理的顶部环梁设计,既能为储罐的安全使用提供保障,又能节约成本,实现安全和经济双赢。利用有限元法（FEM）分析了大型预应力混凝土全容式LNG储罐在使用荷载作用下顶部环梁的应力分布,研究了顶部环梁的截面形式及尺寸对其应力的影响。研究结果表明：可通过增加顶部环梁的突出部分来缓解其应力过大现象,而突出部分的厚度需要通过计算确定,过大或过小都会加剧应力集中;突出部分也不宜过高,过高不经济且增加自重;顶部环梁与罐顶连接折角处以及环梁与罐壁交接的折角处局部有较大的拉应力,是应力集中区域,需要配置适量的斜向构造钢筋。顶部环梁的优化设计可为大型LNG储罐结构设计提供一定参考,并为实现我国大型LNG储罐自主设计打下了一定的基础。     

两向地震波作用下导管架平台的受力分析

导管架海洋平台多为全钢制框架结构,处于海洋的复杂环境中要承受多种荷载的作用,其中地震荷载对于这些框架式的结构的威胁是尤为突出的。本文利用流-固耦合理论将导管架平台与海水进行耦合,并且在地震荷载作用下提取平台的位移、加速度和应力,与非耦合工况进行对比。数值仿真表明:①在两向地震波作用下平台的最大位移和加速度均发生在顶部;②经过和海水耦合的平台与非耦合结构相比振动位移有所增加,但加速度与应力却减少,说明海水对导管架海洋平台是有一定的减振和保护作用的。     

内罐泄漏工况下大型LNG外储罐罐壁温度作用分析

在考虑储罐内罐中孔泄漏的情况下,采用适当的泄漏源模型,计算了高液位情况下泄漏完成所需时间。借助ANSYS有限元分析软件,对储罐的动态泄漏过程中的温度场和泄漏完成后外罐的位移场和应力场进行分析。结果表明:内罐泄漏是一个缓慢的过程,泄漏完成需36h;混凝土罐壁温度场随环形空间中的液面高度变化而变化;超低温作用引起罐壁较大变形和内力。本文分析结果可以为泄漏工况下储罐结构的安全性设计分析提供一定的参考。     

地震作用下挡土墙位移模式的振动台试验研究

 设计并完成2个比尺1∶8的边坡大型振动台模型试验,通过水平向(X向)、竖直向(Z向)和水平竖直双向(XZ双向)3种激振方式,研究汶川波地震作用下重力式挡墙、桩板式挡墙、锚杆格构式框架和预应力锚索格构式框架护坡位移模式及变化特性,并且分析各支挡结构的抗震性能。研究表明：(1) X向或XZ双向激振下,重力式挡墙和桩板式挡墙在激振加速度峰值AXmax≤0.4 g时的永久位移,以及Z向激振下桩板式挡墙和预应力锚索框架护坡的永久位移可忽略不计;(2) X向激振下,当激振加速度峰值AXmax＞0.4 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动和绕墙踵向土体方向转动的耦合,且以滑动为主,而桩板式挡墙位移模式为向土体方向滑动。Z向激振下,当激振加速度峰值AZmax＞0.267 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动和绕墙踵向土体方向转动的耦合。XZ双向激振下,AXmax＞0.4 g和AZmax＞0.267 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动与绕墙趾向土体外侧转动的耦合,且以转动为主,而桩板式挡墙位移模式则为离开土体向外侧滑动与绕基础向土体外侧转动的耦合,且以滑动为主;(3) X向和XZ双向激振下,预应力锚索框架和锚杆框架的位移模式相同,都是沿坡体向土体外侧及边坡下端移动。Z向激振下,当激振加速度峰值AZmax＞0.267 g时,锚杆格构式框架护坡位移模式为向土体外侧和边坡上端移动逐渐转变为向土体方向和边坡上端移动;(4) X向或Z向激振下,桩板式挡墙抗震性能优于重力式挡墙,而XZ双向激振下,重力式挡墙抗震性能优于桩板式挡墙。无论哪种激振方式,预应力锚索格构式框架护坡抗震性能优于锚杆格构式框架护坡。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。     

大型LNG储罐在内罐泄漏工况下的有限元分析

内罐泄漏工况是LNG储罐在进行结构分析时必须要考虑的重要工况之一,其结构分析是大型LNG储罐技术研发的重要组成部分。低温作用与预应力引起结构收缩,而附加液体荷载则造成罐壁外扩,这两方面的作用对结构水平方向上的位移影响最大。本研究使用有限元分析方法,分四种情况对储罐结构进行了分析,得到了随着泄露液位的增加,结构的最大位移亦随之增加;且最大位移产生的部位也随液位的不同而有所不同;四种工况下结构模型的第一主应力最小值接近,高、中、低液位下结构的第一主应力数学最大值接近,但均显著大于无泄漏对比模型。并依据有限元分析结果,有针对性地提出了储罐结构设计建议。