基于单元重要度分析的失效路径确定方法

在大型复杂结构中枚举失效路径为NP-hard问题,工程可靠度分析及优化只能关注结构中具有代表性的部分失效路径。传统失效路径搜索方法多基于最弱链条理论,首失效单元取决于单元可靠度,而不是其失效影响,找到的可能是冗余单元,对应的失效路径在结构体系失效模式中不具代表性。本文依据单元失效导致的结构能量变化梯度和各单元传递荷载两种方法分别确定各单元在结构体系失效中的重要度,由单元重要度确定系统的首失效单元及其失效路径。分析表明:基于关键单元得到的失效路径更具代表性,因为其失效概率远大于传统失效路径的失效概率。通过单元近似传递荷载判定的最关键单元与单元对应的能量变化梯度得到的结果一致,是一种合理、便捷的简化近似分析方法。     

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。     

LNG调峰储备站储罐选型和技术经济比较

以30 000 m^(3)双金属壁全容罐为例,阐述储罐结构。通过对比分析30 000 m^(3)LNG单容罐、双金属壁全容罐、三金属壁全容罐技术参数、技术经济性,提出城市液化天然气调峰储备站储罐选型建议。     

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。     

20万m~3大型LNG储罐罐底保冷设计浅析

储罐大型化发展成为国内LNG行业技术发展的趋势,大型LNG储罐保冷设计为LNG行业核心技术之一。保冷的主要作用在于保持蒸发低于特定的限度和保护储罐的非低温部件/材料(主要是储罐外部),使其处于所要求的环境温度下,限制储罐底部的基础/土壤冷却避免因冻胀而损坏,防止和尽可能减少储罐外部表面的水蒸气冷凝和结冰。相对于罐壁、罐顶的保冷,罐底保冷更为复杂,设计考虑工况也更多,本文以上海某20万m~3大型LNG储罐结构为例,对储罐罐底保冷设计进行了若干探讨。     

冬期施工LNG储罐罐壁内部的温度分析

国内近几年掌握了自主化设计建造储罐的能力后,LNG储罐造价大大降低,上海、天津、江苏等地区争相新建和扩建LNG储罐,储罐容积也逐年增加,储罐罐壁也较以往更厚。而国内关于储罐建造技术的可参考文献较少。为了分析LNG储罐混凝土罐壁的温度变化对混凝土强度发展的影响,论文采用全自动测温仪测量并记录了罐壁LNG储罐在冬期施工条件下大量的温度数据,分析并得出了在11天内混凝土内部温度可以保证混凝土强度的发展等结论,并为后续类似工程建设给出了诸多切实可行的建议。     

大型LNG双金属壁和三金属壁全容罐对比

考虑到大型LNG接收站中采用混凝土次容器的全容罐造价过高、制造安装工艺复杂,针对城市调峰和液化厂项目中公称容积5×10~4m~3以下的LNG储罐,根据GB/T 26978—2011《现场组装立式圆筒平底钢质液化天然气储罐的设计与建造》等标准规范的要求,设计了性价比更高的金属壁全容罐。虽然相关标准对金属壁全容罐有所定义,但是此种储罐国外尚未有先例,国内的实例较少。以某地在建的1台25 000 m~3全容罐作为分析对象,对LNG双金属壁全容罐、三金属壁全容罐的结构形式、绝热性能、施工工艺、施工工期、造价进行对比分析,分析两种结构的优缺点。双金属壁全容罐和三金属壁全容罐各方面指标均能够达到标准规范中金属壁全容罐的要求。双金属壁全容罐和三金属壁全容罐在占地面积、工程造价以及施工工期方面无明显的差异。三金属壁全容罐在绝热性能以及施工工艺方面,比双金属壁全容罐具有一定优势,更加安全可靠和节能。     

某大型LNG储罐预应力施工模拟分析

储罐外罐是确保LNG储罐安全的关键设施,预应力筋施工过程是建立结构受力体系的重要环节,研究其建立过程对LNG储罐具有重要意义。以某大型LNG储罐为背景,选用大型通用有限元软件ANSYS建立有限元实体模型,分析了LNG储罐在预应力筋施工过程中罐体的变形、应力状态以及预应力筋应力状态,验证了LNG储罐罐体在预应力施工过程中受力性能良好并在控制范围内。     

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。     

LNG储罐绝热层珍珠岩侧压力研究

膨胀珍珠岩和弹性毡作为LNG全容储罐内罐壁与外罐壁间主要保冷材料,对储罐整体结构受力有重要影响,有必要对其受力状况进行研究。通过对LNG储罐绝热层珍珠岩压力理论基础分析,根据储罐建造工艺流程推导出常温工况、低温工况以及特殊工况下珍珠岩侧压力计算公式,并结合实际建造储罐项目细化了公式的具体应用。     

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。     

液化天然气储罐倒罐技术研究

针对液化天然气(LNG)储罐在使用过程中,若发生内胆泄漏、真空完全或部分丧失、根部阀门泄漏等情况时,会导致储罐绝热效果降低,使得LNG大量气化从而引起储罐超压,最终导致事故发生。通过分析LNG储罐三种倒罐流程的原理,对比三种倒罐方法的优缺点,研究了LNG储罐的应急倒罐(罐车、罐箱)技术,并提出了具体措施。     

高效求解结构体系可靠度的新方法

传统的结构体系可靠度分析方法主要依赖于结构失效路径的分枝和约界技术,难以识别主要失效模式且结构体系失效概率计算工作量巨大。为了提高结构体系可靠度计算效率,以β-约界法和联合失效概率分枝约界法为基础,提出了一种快速求解结构体系可靠度分析方法。首先利用结构分析原理,推导出结构单元的安全余量函数并求出其对应的失效概率,拆除失效概率最大值对应的杆件并施以虚拟力形成新的结构,然后再对新的结构重新分析。循环上述步骤,直至结构形成机构为止,并利用构件的失效概率计算结构体系可靠度。算例对比研究表明,该方法计算过程简单、计算精度较高,可以获得结构的失效路径,适合于大型结构的体系可靠度计算。     

考虑腐蚀储罐底圈壁板的时变可靠度分析

准确掌握在役储罐的健康状况可以为储罐维修维护提供决策支持。通过分析储罐底圈壁板强度失效的影响因素,建立底圈罐壁结构抗力的衰减模型;根据灰色理论建立非等间距GM(1,1)的底圈罐壁腐蚀速率预测模型,采用储罐历年的检测数据对底圈壁板的腐蚀速率进行预测,并对预测的精度进行检验;通过对实测数据的统计分析得到底圈壁板腐蚀深度及罐内液体载荷的分布特征,根据可靠性理论建立底圈壁板的时变可靠性模型,并利用广义随机空间内改进的一次二阶矩法求解可靠性指标。结果表明:底圈壁板的腐蚀深度和罐内油、水的高度符合正态分布;预测模型的拟合精度较高;储罐在服役22 a后其失效概率超过10-3,应对底圈罐壁进行适当的维修与维护。     

LNG储罐环向预应力筋设计方法

利用有限元软件ADINA分析了大型LNG储罐外罐的受力变形及裂缝开展情况,提出了储罐在内罐泄漏状态下,外罐环向预应力筋的一般设计方法,并且分析了在内罐泄漏状态时如果外罐出现裂缝,裂缝的形态以及分布情况.最后提出了一种控制裂缝的优化设计思想,为储罐外罐设计优化提供参考.     

风载下塔架结构的可靠度分析

分析了大型塔架结构在风载下的可靠度,根据塔架体系的特点,在危险区段内寻找主要失效路径,借助有限元方法同时考虑多种构件失效后模型,建立失效构件及失效路径的失效函数,并用Ditlevsen窄界限法确定结构可靠度,最后编制程序对某大型电视塔进行可靠度分析.     

LNG储罐泄漏工况混凝土外罐温度场试验研究

LNG储罐发生泄漏会对混凝土罐壁产生剧烈的超低温冲击,使罐壁产生较大的温度梯度并对整个储罐的变形和受力产生影响。为研究泄漏工况下LNG储罐罐壁的温度场和变形情况并为有限元分析中钢内衬构造的处理方法提供参考,对有无钢内衬构造的混凝土试件(模拟罐壁)进行降温试验(模拟泄漏)研究,通过建立平均温度梯度和平均应变指标分析了温度、应变和位移结果。试验结果表明无钢内衬试件内部的降温速度相对有钢内衬试件更快,温度梯度更大,变形更大,并得到以下主要结论:1.有钢内衬和无钢内衬试件热力学边界条件不同;2.相同条件下热力学第三类边界条件热量传递的速度大于有热阻的热接触边界条件;3.对LNG混凝土储罐进行泄漏工况下温度场瞬态有限元分析时,建议模型中考虑钢内衬构造并设置热接触边界条件。     

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。     

受氯盐侵蚀的LNG储罐混凝土外罐耐久性研究

对于大型LNG储罐,处于沿海地区,其预应力钢筋混凝土外罐容易遭受氯离子侵蚀,导致内部钢筋锈蚀,引发锈胀开裂,严重影响储罐耐久性能。以某大型LNG储罐混凝土外罐为研究对象,采用COMSOL有限元软件建立LNG储罐模型并进行数值计算。通过数值算例,分析了外部环境和荷载引起的储罐外罐混凝土内的氯离子分布特征,确定了储罐外罐耐久性设计和维护的关键部位,并探讨了水灰比、保护层厚度、养护龄期对诱导期长短的影响规律。结果表明:LNG储罐的第一浇筑带处,钢筋更容易发生锈蚀;如不做特殊处理,最先开始去钝化的位置高程约为0.27 m,去钝化时间为19.7年;建议第一浇筑带采用增加保护层厚度的方式提高储罐整体耐久性,保护层厚度最佳为55 mm。     

LNG储罐有限元静动力分析方法的探讨

目前,国内自主设计和建造LNG全容罐还存在很大的困难,有限元软件的发展给储罐的研究提供了有效的途径,但是,大型LNG储罐的有限元静动力分析在国内还相对较少,如何建立与实际工程相一致的有限元模型是一个关键问题.本文总结了部分前人对储罐构筑物结构的有限元静动力分析方法,并针对大型LNG全容罐自身的特点,对其有限元静动力分析方法做了探讨,最后提出了在模型建立中需要深入考虑的几个问题,给相关工程设计研究人员提供参考.