基于混凝土低温本构LNG储罐泄漏分析

提出一种LNG储罐泄漏分析的新型方法,针对LNG储罐泄漏条件,利用ANSYS软件建立有限元模型,采用混凝土材料在低温环境下的本构关系,进行温度、预应力、自重、液压作用下结构的变形以及罐壁受压区高的分析,并将基于常温本构的分析结果与基于低温本构的分析结果进行比对。结果表明:整个罐壁的低温区在采用同一种低温本构的情况下,与常温本构下的结果相比,结构的变形减小,截面受压区高度随温度降低而降低;当按照温度梯度的分布,罐壁的低温区采用多种低温本构进行分析时,结构的整体变形增大、截面受压区高度增大。在储罐结构设计时应考虑混凝土在低温环境下的力学特性对结构抗力的影响,尤其是温度梯度对结构抗力及截面延性的不利影响。     

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。     

往复荷载下混凝土本构模型的选择在ABAQUS中的应用

对ABAQUS有限元软件中的混凝土模型进行简要介绍,通过选用几种具有代表性的混凝土本构,对往复荷载下的混凝土应力-应变关系进行数值模拟,将模拟结果同试验结果进行比较,探讨适用于ABAQUS有限元软件的用于模拟往复荷载的混凝土本构模型。在比较分析的基础上,选用同试验吻合情况良好的Mander混凝土本构模型及用于模拟钢管混凝土的韩林海模型对钢管混凝土叠合柱构件和钢管混凝土柱-钢梁连接节点构件进行滞回性能模拟。模拟结果表明所选混凝土本构适用于模拟含混凝土材料的构件在往复荷载下的混凝土力学性能,可供研究参考。     

混凝土梁柱构件基于截面纤维模型的弹塑性分析

采用了弹塑性纤维单元模拟钢筋混凝土梁、柱杆件,通过材料应力-应变本构关系对截面动态积分,直接得到构件刚度及恢复力特性,提出了适用于该模型的计算方法和相应的钢筋和混凝土材料单轴应力-应变本构关系。并应用通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土悬臂柱及钢筋混凝土框架进行了拟动力反复加载计算,并与试验结果进行对比分析。     

混凝土局部损伤裂缝带模型研究

为消除混凝土开裂使有限元分析结果对单元网格尺寸产生的依赖性,在基于局部本构模型的材料非线性有限元分析中,建立了混凝土局部损伤裂缝带模型。结果表明：该模型所采用的三参数幂函数型拉伸损伤演化方程,可满足不同单元网格尺寸下应力-应变关系调整的需要;在局部损伤本构模型中引入断裂能和与单元网格尺寸相关的裂缝带宽度,可在保证断裂能客观性的前提下依据初始应力-开裂应变关系推导不同单元网格尺寸下的应力-开裂应变关系;提出基于异步粒子群智能算法的优化反演方法,可实现在有限元分析中依据应力-开裂应变关系自适应,从而确定不同单元网格尺寸下的模型参数。在ABAQUS软件平台上采用所建立的模型对算例进行了数值模拟,验证了模型的有效性与程序编制的正确性。     

LNG储罐穹顶施工过程受力分析

以某3万m3LNG储罐为例,基于大型有限元程序ANSYS,建立穹顶钢-混凝土组合结构的整体模型,考虑吊顶荷载和结构自重作用,对组合结构的应力和变形进行了精细化有限元数值模拟。基于数值计算结果,给出穹顶钢-混凝土组合结构中钢构件和钢筋的应力分布规律,对穹顶环向和径向组合梁的受力机理进行了分析探讨,并将数值计算结果与施工实测数据进行对比,验证了大型储罐穹顶ANSYS分析的可行性,可为储罐穹顶钢-混凝土组合结构的优化设计提供参考。     

Local damage and crack band model for concrete

为消除混凝土开裂使有限元分析结果对单元网格尺寸产生的依赖性，在基于局部本构模型的材料非线性有限元分析中，建立了混凝土局部损伤裂缝带模型。结果表明：该模型所采用的三参数幂函数型拉伸损伤演化方程，可满足不同单元网格尺寸下应力-应变关系调整的需要；在局部损伤本构模型中引入断裂能和与单元网格尺寸相关的裂缝带宽度，可在保证断裂能客观性的前提下依据初始应力-开裂应变关系推导不同单元网格尺寸下的应力-开裂应变关系；提出基于异步粒子群智能算法的优化反演方法，可实现在有限元分析中依据应力-开裂应变关系自适应，从而确定不同单元网格尺寸下的模型参数。在ABAQUS软件平台上采用所建立的模型对算例进行了数值模拟，验证了模型的有效性与程序编制的正确性。     

3万m~3LNG储罐穹顶施工阶段应力分析与测试

以某3万m3LNG储罐穹顶施工过程中的2个工况为例,基于大型有限元程序ANSYS,建立穹顶钢-混凝土组合结构的整体模型,考虑混凝土分段浇筑过程中的罐体内部气压、吊顶荷载和结构自重作用,采用2种销钉受力行为,对组合结构在施工荷载作用下的应力和应变进行精细化有限元数值模拟。通过计算,给出穹顶钢-混凝土组合结构中钢构件和钢筋的应力分布规律,对穹顶环向和径向组合梁的受力机理进行分析探讨,并将数值计算结果与施工实测数据进行对比,验证了大型储罐穹顶ANSYS分析的可行性。     

混凝土在多维应力状态下的损伤本构模型

已有的混凝土平面应力有限元分析均是利用单轴应力-应变本构关系,其中经验系数的选取带有相当的主观色彩,因此十分有必要建立混凝土在多轴应力特别是二维应力状态下的本构关系并直接应用于非线性分析.基于连续损伤力学的理论框架,作者建立了理论上较为完备、应用较为简单的确定性混凝土拉剪弹塑性损伤本构模型.模型数值模拟和已有试验结果的对比表明,本文建议模型能够很好的描述双轴应力条件下混凝土材料的弹性区域包络线以及强度包络线,同时应力-应变全过程结果和Kupfer (Kupfer et al.1969)的试验结果吻合良好,能够很好的模拟混凝土双轴受压强度的提高和双轴拉压应力状态下的"拉压软化效应",这对混凝土结构的非线性分析是非常重要的.     

大型液化天然气储罐穹顶的优化设计

分析大型液化天然气LNG全容罐的混凝土穹顶结构受力特性。根据已有工程实例,采用有限元分析软件ANSYS建立大型预应力混凝土LNG全容罐的外罐实体模型。方案设计中考虑多种影响穹顶结构应力及变形的因素,包括外罐直径、穹顶曲率半径以及穹顶厚度。通过计算具有不同几何尺寸的LNG储罐,并对比分析其应力及变形结果,得到各因素对储罐穹顶应力及变形影响的最优状态。研究成果可为大型LNG储罐结构的设计提供一定参考,并为我国今后引进和自主设计大型LNG储罐提供一些优化设计建议。     

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。     

大型天然液化气低温储罐钢筋网片抗风分析及加固处理

根据大型低温LNG储罐的施工技术特点,大型钢筋网片在脉动风荷载等动力荷载作用下易产生大幅振动,极易引起钢筋网片的失稳破坏。采用SAP 2000有限元软件建立了大型LNG低温储罐9-11段钢筋网片的有限元模型,通过模态分析得到了该钢筋网片的自振特性;考虑P-Δ效应,对该LNG储罐钢筋网片进行了风荷载作用下的抗风分析;并采用工字型钢加固处理技术对该钢筋网片进行了加固分析与设计。结果表明:在适当的位置布置工字型钢,能明显减小钢筋网片的风振响应,提高钢筋网片施工的稳定性和安全性。     

内泄下LNG储罐外壁的地震响应分析

针对内罐泄漏条件下LNG储罐混凝土外壁,利用ADINA软件分别建立储罐空罐及满罐LNG储罐有限元模型.在El Fentro地震波作用下,考虑固液耦合作用,对储罐进行地震响应分析.结果表明:通过比较空罐与满罐情况下LNG储罐外壁的地震作用下的位移、加速度曲线,储罐的外壁受罐内LNG储液的影响较大,其位移和加速度在液固耦合...     

混凝土多轴非线性本构模型的研究

通过大量试验,测得了混凝土在单轴应力状态及在5种不同应力比下的双轴应力状态的应力-应变关系.论述了Jones-Nelson-Morgan模型的构成原理及其参数的确定方法,首次将这个模型,用于混凝土材料的本构关系分析,结合混凝土的单轴试验结果,建立了混凝土的非线性本构模型,该模型的特点是材料的力学性能只为应变能的函数,使材料模型可以方便地应用于复杂应力状态.利用广义虎克定律,将模型推广应用于混凝土双轴应力状态的本构关系分析,获得了与试验结果符合较好的理论模型.     

泡沫混凝土动态力学性能及本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB),对泡沫混凝土进行了不同最大应变率下的冲击试验.结果表明:泡沫混凝土动态应力-应变曲线均呈现出明显的应变率效应,因材料多孔结构的特殊性,整段曲线上下波动较大,在破坏阶段尤为明显;应变软化阶段中应力值并没有快速下降至完全丧失承载力,而是形成了较高的应力平台,并且最大应变率越高,应力平台越长、越显著.从破坏层面分析,较低最大应变率下泡沫混凝土主要呈均匀压实破坏;较高最大应变率下则呈现逐层塌落的破坏形式.借鉴宏观损伤变量及朱-王-唐本构方程,归纳宏观试验结果,通过改进建立了反映泡沫混凝土峰值应力前动态应力-应变关系的等效本构方程.     

双层箍筋约束混凝土圆形柱竖向承载特性数值模拟

利用ABAQUS有限元软件模拟双层箍筋约束圆形柱,采用混凝土损伤塑性本构模型、钢筋双折线本构模型建立了圆形柱竖向承载特性有限元模型.分别对混凝土和箍筋采用四面体单元和六面体单元划分网格,通过应变控制加载,得到模拟的双层箍筋约束混凝土圆形柱核心混凝土的应力-应变曲线、应力云图,分析了内外层箍筋对核心混凝土的约束效应.结果...     

低温环境下混凝土力学性能试验研究

以上海LNG项目储罐扩建工程为背景,参考GB 51081—2015《低温环境混凝土应用技术规范》,将48个混凝土立方体试块和48个棱柱体试件分别在-40℃、-80℃、-120℃和-190℃下进行混凝土力学性能试验研究。结果表明在低温环境下,混凝土抗压强度随着温度的降低而逐渐提高,热膨胀系数随着温度的降低而减小,且衡量其抗压强度时需考虑含水率的影响。混凝土经历低温冻融循环试验后力学性能将大幅降低,因此对混凝土低温性能检测中应考虑其抗冻性能的影响。     

高强方钢管高强混凝土短柱轴压性能

选取四种混凝土本构关系模型,应用有限元分析软件ABAQUS建立高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,再通过试验研究加以验证。结果表明:采用韩林海提出的约束混凝土本构关系模型的有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,研究了含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度对模型混凝土贡献比(CCR)及跨中截面钢管应力的影响。最后,提出了高强方钢管高强混凝土轴压短柱组合构件受力全过程应力-应变关系曲线表达式,计算结果与试验结果吻合较好,验证了公式的准确性。     

设置横隔板方钢管混凝土柱轴压性能有限元非线性分析

钢管混凝土柱受压性能研究中,有限元非线性分析是重要的研究手段,而材料本构模型选用更是提高分析精度的关键因素。本文设置横隔板方钢管混凝土柱的有限元非线性分析中,约束混凝土采用Han本构模型,钢材采用考虑应变硬化段的弹塑性模型。分析结果表明,按照所选用的材料本构模型,数值模拟与实测荷载-应变曲线的上升段吻合较好,下降段存在差异,材料本构模型的下降段有待优化。