LNG储罐穹顶施工应力监测和数值模拟对比分析

选取16万立方米LNG储罐穹顶为研究对象,应用光纤光栅监测设备对LNG储罐穹顶施工应力进行监测,同时应用ADINA有限元软件模拟混凝土施工过程,与监测结果进行比较分析。结果表明:应力大致呈现先增加再减小的趋势,测点的最大拉或压应力出现在混凝土浇筑后30～50 h之间,浇筑部位混凝土的径向应力较小。     

LNG储罐外罐施工期间的温度应力及裂缝分布

大型LNG储罐外罐在混凝土浇筑过程中,水泥水化热会导致外罐产生较大的温度应力,从而引起混凝土开裂,将严重影响储罐的耐久性。为此,以山东某大型LNG储罐混凝土外罐为研究对象,采用ADINA有限元软件建立了精细化的LNG储罐有限元模型,按照实际的施工顺序与时间,模拟了LNG储罐外罐混凝土分层浇筑过程中的早期温度场分布;在考虑混凝土龄期效应的基础上,将外罐的温度场和结构场进行耦合,分析了外罐的温度应力及裂缝分布情况,评估了外罐混凝土开裂的风险。结果表明:1外罐在施工期间将产生较大的内外温差,引起较大的温度应力;2第1浇筑层的温度应力明显大于其他浇筑层,且第一主应力为环向应力,将使此处混凝土产生沿竖向开展的裂缝;3因为约束作用减弱,其他浇筑层混凝土产生温度裂缝的可能性很小。该研究成果为LNG储罐外罐温度裂缝控制提供了参考。     

大型LNG储罐球形混凝土穹顶施工期间温度场分析

大型LNG储罐球形钢筋混凝土穹顶在施工期间因水泥水化放热而产生大量的热量,导致穹顶混凝土因产生较大温差而产生裂缝,严重影响了储罐的耐久性和安全性。应用ADINA有限元软件建立了山东某大型LNG储罐钢筋混凝土穹顶精细化的有限元模型,模拟了穹顶混凝土分带浇筑的全部过程,获得了穹顶混凝土温度场分布及其规律,并与实测结果进行了对比分析。结果表明,在穹顶混凝土施工期间,各浇筑带温度变化分为升温、降温和趋于稳定三个阶段,且温度变化趋势相同,降温速率明显小于升温速率,温度峰值在混凝土浇筑约1 d后达到,混凝土浇筑11 d后温度趋于环境温度;第1浇筑带温差变化明显大于其他浇筑带。据此结果提出,在穹顶混凝土施工期间,第1浇筑带为混凝土温控的重点部位,设计时应尽量采用小直径、小间距分布的钢筋,加强构造配筋,提高第1浇筑带混凝土强度等级;施工时第1浇筑带混凝土浇筑时应加强振捣,实时监测混凝土温度变化,并加强混凝土养护等。     

大型液化天然气储罐混凝土外罐施工期间温度裂缝预测

以160 000 m³大型预应力液化天然气(LNG)全容罐混凝土外罐为研究对象,在利用ANSYS软件建立精细化LNG储罐混凝土外罐有限元模型的基础上,按实际结构施工顺序与时间,模拟了LNG储罐混凝土外罐全部混凝土浇筑过程,获得了在变温条件下,由水化热作用产生的混凝土外罐早期温度场分布;在考虑混凝土收缩和徐变的条件下,采用增量法计算了混凝土外罐的早期温度应力,确定了随时间及配筋率变化的混凝土早期抗拉强度,进而对LNG储罐混凝土外罐施工阶段的裂缝发育特征及分布规律进行了预测。结果表明,混凝土收缩对温度应力影响显著,在150 d的模拟时间段内结构温度应力呈现持续增长状态;第1浇筑段的LNG外罐温度应力明显大于其他浇筑段的温度应力,且该浇筑段的罐壁在模拟期内将产生竖向裂缝,扶壁柱处将产生局部环向裂缝。该结论可为同类工程施工建造开展相应的抗裂措施提供依据。     

LNG预应力储罐穹顶混凝土分圈浇筑技术研究

目前全球范围内已建液化天然气(LNG)预应力全容储罐的穹顶混凝土浇筑,均采用分层浇筑的方法,即将350～450 mm厚的混凝土穹顶结构按200 mm左右的厚度分为两层进行浇筑。该施工方法工期较长,且分层浇筑将人为地增加一道施工缝,破坏了混凝土结构的整体性,降低了结构的抗震性能。结合实际工程案例和ABAQUS有限元分析,探讨了一种全新的混凝土分圈不分层浇筑、保压压力逐级增加的施工工法,不但解决了混凝土浇筑压力过大的问题,并避免施工缝的出现,增加了穹顶混凝土结构的整体性,增强了结构的抗震性能,同时大大加快了施工进度,节约了成本。     

大型LNG储罐混凝土外罐徐变效应分析

大型LNG储罐在运行期间,外罐预应力混凝土徐变效应产生较大的拉应力,从而导致混凝土的开裂,将严重影响储罐的耐久性和安全性。以山东某大型LNG储罐外罐混凝土徐变效应为例,采用ADINA有限元软件建立了LNG储罐混凝土外罐徐变精细化有限元模型,分析了在预应力、内压、自重及混凝土徐变作用下,外罐的应力、应变及裂缝分布规律,获得了外罐罐底应力及应力增量时程曲线。研究结果表明,徐变作用使外罐第一主应力随着时间的推移不断增大,在储罐运行200 d时第一主应力超过了混凝土抗拉强度,外罐混凝土开始产生沿竖向分布的环向裂缝。该研究成果可为LNG储罐结构设计提供一定参考。     

大型LNG储罐穹顶气顶升密封装置的改进

在大型LNG全容式储罐建造施工中,穹顶钢结构的气顶升是储罐建造最关键的工序,其难点在于如何选用合适的工装机具,采用何种密封结构。文章介绍了深圳大鹏和江苏16万m3LNG全容式储罐穹顶气顶升密封装置的结构形式及使用效果。在深圳大鹏LNG储罐穹顶气顶升密封装置结构形式的基础上,江苏LNG储罐穹顶气顶升的密封结构做了三项改进,改进后的密封装置显著提高了对储罐混凝土墙壁的顶紧力,降低了对储罐混凝土墙壁平整度的要求,在气顶升过程中大大减少了风压损失。     

大型LNG储罐外罐长期预应力损失分析

由于混凝土收缩徐变及钢筋应力松弛的耦合作用,LNG储罐外罐预应力系统将产生长期预应力损失,严重影响储罐的安全性能。为此,基于按龄期调整的有效模量法及混凝土结构设计规范中的相关模型,以国内某大型LNG储罐外罐为研究对象,应用ABAQUS有限元软件,建立了多组模型分别模拟收缩徐变损失、应力松弛损失及其耦合作用下的损失,分析了混凝土收缩徐变及应力松弛的相互作用对长期预应力损失的影响规律,并讨论了双向设置预应力对长期预应力损失的影响。研究结果表明:(1)环向、竖向预应力筋长期损失终值(50年)最大值分别达到张拉控制应力的10.97%、17.02%;(2)环向、竖向预应力筋在收缩徐变和应力松弛耦合作用下的损失分别为收缩徐变损失与应力松弛损失代数和的83.59%和86.33%;(3)提出相互作用折减系数,当收缩徐变损失和应力松弛损失大小相近时的折减系数最小;(4)竖向预应力对环向预应力筋长期预应力损失的影响较为明显。结论认为,该研究成果有助于提高大型LNG储罐混凝土外罐的安全性。     

LNG预应力外罐环向应力有限元分析

由于储罐结构和所施加荷载的对称性,取罐壁的1/4进行建模,考虑到变形的对称性,在边界处施加约束,以消除切向位移。采用ANSYS 9.0进行内力计算和分析,罐壁和穹顶均采用SOLID 45实体单元,基础只作为罐壁底部的固定约束。通过对LNG预应力外罐有限元模型的建立,对5种工况下预应力外罐环向应力的有限元分析,得出LNG预应力外罐环向应力的主要变化规律和各项荷载对罐壁环向应力的影响规律。     

LNG低温储罐内罐底板与环板排板的探讨

针对福建某LNG低温储罐内罐底板的十字焊缝,对LNG储罐内罐底板与环板在排板时三块板之间的焊缝距离进行了讨论。在LNG储罐的设计规范中明确要求三块底板之间的焊缝距离必须满足不小于300mm的要求（即不出现十字焊缝）。但对两块底板与一块环板组成的三块板是否也应满足上述要求没有明确的规定,从焊缝的疲劳强度、应力的分布等方面考虑,底板与环板都属于内罐底板．环板由于承受壁板的重力更应该重视。在排板过程中应避免十字焊缝的出现。最后对十字焊缝提出了修改方案．     

LNG储罐混凝土外罐稳定工况载荷及应力分析

LNG储罐结构复杂,构件种类多,受力复杂,分析极限工况下储罐各部位的应力分布,对于研究全容式混凝土LNG储罐失效具有重要的意义。为此,通过对储罐的罐顶结构简化,在考虑储罐受到的可变载荷的基础上,对罐体受力荷载系统进行了分类计算和等效处理,建立罐体承载能力极限状态下的罐顶结构载荷、预应力载荷及其他各类可变载荷的组合工况,并采用ANSYS软件建立简化后预应力混凝土外罐的1/4部分的有限元模型,通过结构化网格处理和易发生应力集中处网格加密处理,对罐体各类荷载进行了等效处理,分析了储罐在承载能力极限状态下的罐体温度和应力分布。结果表明:(1)空罐工况下罐顶处最大受压受拉应力发生在储罐承压环处,最大应变位于最大拉应力-2.81 MPa处;(2)空罐工况下承台最大压应力、最大拉应力均位于罐底部与承台连接处外缘,应变最大值也位于承台与罐底接触外缘,此部位易开裂;(3)空罐工况条件下只有罐顶部与承压环应力达到混凝土破坏极限,而储罐其余部位应力均在材料安全极限范围内;(4)满罐风载/雪载工况下,罐体混凝土墙在各部位均达到混凝土材料强度极限;(5)满罐风载/雪载工况下承台与罐底连接部位处于混凝土材料受拉应力状态,且拉应力强度远远超过强度极限,该部位小裂纹在一定条件下易发生裂纹扩展;(6)罐体在热角保护部位的压应力达到混凝土抗压强度极限。结论认为,该研究成果为全容式混凝土LNG储罐失效分析提供了理论参考。     

大型储罐环焊缝残余应力测定与分析

采用钻小盲孔残余应力释放法,测量了0.25 dam~3液化石油气储罐组装环焊缝在退火前后的残余应力,分析了局部退火工艺的退火效果。结果表明:高残余应力区出现在外壁面环向上,其退火后残余应力降幅在37%～60%,平均降幅达50%,最大减幅达299 MPa;环焊缝局部退火工艺可消除30%～60%环向残余应力,达到了消除焊接残余应力的要求。     

国内最大LNG储罐一次升顶成功

<正>2015年3月8日,国内首座20×10~4 m~3 LNG储罐——江苏LNG项目二期工程T-1204储罐一次升顶成功,标志着中国石油大型LNG储罐建造技术取得重大突破。T-1204储罐是江苏LNG二期工程新建储罐,采用落地电伴热式承台,为全容式混凝土储罐,圆筒形外罐直径86.4 m,高44.2m;圆拱形钢质罐顶总重约1 000 t,顶部中心距罐内地面56 m;储罐有效罐容20×10~4 m~3,是目前国内最大的LNG储罐。T-1204储罐升顶采用微正压空气浮升技术,使用大功率鼓风机向罐内输送压缩风产生浮力,将圆拱形钢质罐顶从罐内地面沿混凝土外罐内壁浮升至顶部,提升高度41 m,为国内大型储罐垂直升顶位移最大、穹顶最重。此次升顶通过穹顶顶升位移测量系     

LNG储罐外墙温度应力分析及预应力筋设计

大型LNG储罐的外墙一般由预应力混凝土建造,其应力分布及变形比较复杂。在介绍预应力混凝土外墙温度应力计算方法的基础上,采用理论分析的方法,推导出了圆筒形外墙温度应力的计算公式、外墙在温差荷载及其他普通荷载作用下预应力筋的计算公式以及最大环向应力所在位置计算公式,进而给出了预应力筋结构调整的方案。研究结果表明,内罐的超低温液体会使预应力混凝土外墙产生很大的温度应力,环向温度应力最大可达混凝土抗拉强度的一半,使外墙在受内压时更加危险,因此在环向预应力筋设计时须考虑温差荷载影响。而后采用ADINA有限元软件建立多个钢筋混凝土分离式模型进行数值模拟,不仅验证了所推导公式的正确性,而且证明了该结构优化方案使外墙的变形及应力分布更加合理。     

大型LNG全容罐竖向地震作用分析

大型LNG储罐地震作用下的研究至关重要。目前国内外对水平地震作用研究较多,但LNG储罐竖向地震作用下的研究很少。文中首先探讨了LNG混凝土储罐模态分析的理论方法,指出流固耦合模态分析的有效性;其次建立竖向地震流固耦合有限元数值模型,得到了LNG储罐竖向地震作用下特有的穹顶呼吸模态,此模态周期0.143 s,地震力大;最后,研究了在实际工程中的160 dam~3LNG储罐的地震反应谱,得到了底板、罐壁和穹顶的受力,且比较了竖向和水平地震的计算结果,竖向地震对穹顶影响较大。指明不能忽视竖向地震作用,为后续储罐结构的力学分析及工程设计打下了基础。     

基于流固耦合的LNG储罐进料管道应力分析

提出基于流固耦合的LNG储罐进料管道应力分析方法,并研究进料过程中管道最大应力的变化规律。根据多相流理论对LNG储罐进料过程及进料稳定后管道中的流场进行CFD模拟,分析流场中LNG体积分数、流速及液体压力等参数的变化情况。基于流固耦合方法计算管道中LNG流动对其产生的应力,并分析管道中应力分布规律与流场参数之间的关系。计算了LNG进料达到稳态前不同时刻点管道的应力,并研究最大应力变化规律,结果表明,LNG进料过程中管道的应力变化较为复杂,最大等效应力出现先升、后降、再升、最后稳定的变化趋势,且最大应力出现的位置随进料时间发生变化。LNG进料过程中可能出现水击现象,水击会导致管道某一位置出现较大应力,设计时应给予考虑。     

大型石油储罐的安全性(壁板与环板的角焊缝部分研究)

一、绪言1974年12月,日本水岛炼油厂储罐破裂,重油大量外流事故后,大型石油储罐的安全性逐渐成为社会问题,并引起有关方面人士的关注。特别是壁板与底环板的直接角焊缝在流体载荷作用下,在接合部位附近产生相当高的应力,因此,对于该部位设计及施工应采取必要的措施。二、壁板与罐底环板角焊缝部位的应力分析通过用光弹法、应变计法、有限元法对有液体荷重储罐的壁板与底环板连接的角焊缝部位的应力状态进行分析。1.用光弹法进行应力分析(1)试件和焊接条件试件包括壁板和底环板,均采用 HT60钢材,其机械性能如表1,试件的焊接条件如表2。(2)实验方法试件的形状及尺寸如图1所示。     

基于罐底接触模拟的大型立式原油储罐有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件建立了5×104m3原油储罐的有限元分析模型,其中采用接触单元模拟罐底与地基间的相互作用.通过对该储罐进行水压试验工况下的强度分析,发现最大沉降梯度发生在混凝土环墙附近区域,并在底板边缘附近引起了较大的径向和环向的应力,而罐壁最大环向应力出现在罐壁中下部,并且沿轴向的应力变化和液柱静压力已不存在线性关系.     

全容式LNG储罐在外爆炸荷载作用下的计算分析

通过对爆炸波、反射压力和传播过程等爆炸荷载基本特性的描述,总结了全容式LNG储罐在爆炸荷载作用下的动力分析要点.以某16万m3 LNG储罐为例,应用ABAQUS软件建立了三维有限元实体模型,对LNG储罐在两种等效爆炸荷载作用下的动力效应进行了数值模拟.计算结果表明,爆炸荷载对混凝土罐壁和罐顶会产生很大的对截面配筋不利的环向拉力.     

16万m^3LNG混凝土外罐施工控制要点

文章结合福建16 万m3LNG混凝土外罐现场施工实例,分别从混凝土承台、墙体、罐穹顶施工以及预应力施工等方面进行了分析和总结,详细介绍了16万m3混凝土外罐施工中的控制要点,为以后混凝土储罐施工提供了参考.