不同沉降方式下大型储罐的变形与应力分析

大型石油储罐是一种短柱圆形薄壁壳体结构,对地基沉降十分敏感,其中地基局部不均匀沉降和地基整体倾斜对罐体的影响最为关键.采用有限元方法,研究分析了在地基整体倾斜1.5°和地基局部不均匀沉降达到20mm的情况下,大型石油储罐的变形形态以及应力分布特征.结果表明,地基整体倾斜沉降最大变形发生在储罐中下部,最大Mises应力发生在罐壁下部;局部不均匀沉降最大变形发生在敞口顶部,变形形态表现为褶皱式扭曲凹凸,并且具有简谐波形的特性;罐壁内最大Mises应力位于局部沉降区域内的罐壁和底板焊接处.结果同时也表明,地基整体倾斜沉降和局部不均匀沉降都会造成储罐较大的径向变形而导致浮盘升降困难,减小储罐的容量;罐周局部不均匀沉降还会造成罐壁与底板的焊缝撕裂,导致储液泄漏.     

不均匀沉降下的大型钢储罐结构

建造在软土地基上的大型储罐会产生各种沉降变形，其中罐周不均匀沉降对结构的影响最为不利．本首先对软土地基上大型储罐沉降的主要类型和特点做简要总结，然后分析罐周不均匀沉降对不同类型钢储罐结构(浮顶罐和固定顶罐)的影响，并回顾了不均匀沉降下钢储罐结构应力分析的有关研究．中还指出，目前由岩土工程师凭借经验提出的储罐地基变形允许值从结构工程的角度看不尽合理，合理的取值应充分考虑储罐结构对地基变形的响应．     

大型原油储罐地基沉降安全性分析

地基沉降是大型储罐建造或生产过程中面临的重大风险之一,尤其是地基不均匀沉降会造成大型储罐罐壁椭圆化,严重时造成浮盘卡阻。文章根据某10万m3原油罐的实测沉降数据,利用傅里叶级数方法对沉降数据进行谐波提取和曲线拟合,开展了实测地基沉降储罐的结构有限元分析。有限元模型考虑了储罐与地基相互作用及罐体与罐底沉降的耦合作用,研究讨论了罐壁危险区域每层壁板的应力和变形分布规律。研究结果为企业开展储罐地基沉降安全评估提供了一定技术指导。     

大型钢储罐的沉降与结构性能的关系

建造在软土地基上的大型钢储罐易产生各种沉降变形,其中罐周不均匀沉降的影响最为不利。在各类大型储罐沉降变形的大量实测数据基础上,利用傅立叶分解分析罐周不均匀沉降的组成及特点,利用分析得到的谐波沉降对储罐结构进行有限元分析。分析表明,储罐在不均匀沉降下的应力和变形均与其几何参数有关,因此目前基于工程经验且与储罐参数无关的地基变形允许值控制标准,从结构的角度看不尽合理。     

基础不均匀沉降导致储罐变形的修复

以纳米比亚湖山铀矿项目成品酸储罐的修复为例,探讨了大型拱顶储罐因基础不均匀沉降,导致罐底变形,采用机械的方法修复底板,并在底板基础上注浆填充。通过对三台成品酸储罐的成功修复,证明采用机械方法修复基础沉降引起底板变形并注浆加固的方法是完全可行的。     

变刚度调平在大型储罐基础设计中的应用

建造在软土地基上的大型储罐基础,由于地基土的压缩变形会产生各种沉降变形,其中罐周不均匀沉降即沉降差对其影响最为不利.通过变刚度调平设计,可以大大降低储罐基础的不均匀沉降,工程实践证明这种方法是切实可行的.     

国产15×10~4m~3外浮顶原油储罐建造技术

随着中国经济的高速发展,石油和成品油的需求剧增。我国已成为石油进口大国,石油已成为国家重要的战略物资,它直接关系到我国的经济发展、社会稳定和国家安全,大型立式钢制储罐是石油化工行业非常重要的储运设备。目前我国大型储罐的施工建设进入了一个新的高速发展期,正从10×104m3向20×104m3大型化发展,罐体钢板也从原先的进口向国产化发展。大型原油储罐建造的工艺方法,对油库质量安全及工期具有决定性意义。本文以中国石油广西钦州100×104m3原油商业储备库工程4座15×104m3外浮顶原油储罐建造为例,介绍15×104m3外浮顶原油储罐从罐底、罐壁、浮顶及附件等施工技术。总结国产15×104m3外浮顶原油储罐建造施工技术,为国产大型储罐建造发展提供借鉴和参考。     

某10万m^3钢储罐罐体变形的修复措施

地基不均匀沉降和安装不当均会引起钢储罐罐体变形,安装不当引起的罐体变形比罐基础不均匀沉降造成的罐体变形对浮船升降影响可能更大。通过对某10万甜钢储罐产生罐壁变形的原因分析和纠偏措施介绍,提出了一些大型储罐在安装过程中应注意的问题,给出了罐体顶升后间隙采用高压吹填的处理措施,对同类工程设计有一定的借鉴意义。     

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。     

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。     

Tragfähigkeitsminderung durch lokale Instabilität bei stählernen Zylindertanks mit Doppelmantel

Reduction of load bearing capacity by local instability of double‐shell steel tanks. The structure of a double‐shell steel tank creates specific risks for its local stability and load capacity. These risks form the subject of this paper. The following three issues have been discussed: Internal shell stability risk during hydrostatic test of the tank, deformation of the bottom in between the shells by heating of the storage liquids and difference in the settlement of the bottom under the internal tank shell and the external shell resulting from different loads acting on both these parts of the bottom.     

大型油罐CFG桩复合地基变形与承载性能试验研究

 兰州原油末站大型油罐群,是我国首次在饱和黄土地基修建的大型储油设施。由于天然饱和黄土地基承载力仅为60 kPa,采用CFG 桩复合地基。依托其中一座15×104 m3储油罐工程开展CFG桩复合地基变形与承载特性试验研究。在地基处理范围内埋设土压力盒、孔隙水压计、沉降计等测试元件。现场试验结果表明,CFG桩复合地基承载力特征值达到275 kPa。结合罐体充水试验研究CFG桩复合地基在罐体充水过程中桩土应力、孔隙水压力、沉降及油罐环墙基础变形的变化规律。结果表明,环墙基础最大沉降量为30 mm,最小为11 mm。实测油罐任意直径方向的沉降差最大值为16.0 mm,油罐沿周边弧长方向最大非平面倾斜值为0.002 46。CFG桩桩土应力比随荷载呈增大趋势,在最大试验荷载下达到12.6,油罐底部反力沿半径方向呈“V”型分布。研究表明采用CFG桩处理饱和黄土地基是可行的,试验研究成果对饱和黄土地基修建大型储油罐提供技术依据。     

大型储罐CFG桩复合地基变形性状和变刚度调平设计

大型储罐对地基的承载力要求高,对不均匀沉降量有严格限定,天然地基不能满足要求,需要进行地基处理。通过现场试验和数值分析相结合的手段研究了大型储罐CFG桩复合地基的变形性状,揭示了大型储罐CFG桩复合地基的沉降呈内大外小的碟形分布,距储罐地基中心0.7R(半径)范围内沉降值较大且变化幅度不大(约为20%),定义为储罐地基沉降核心区,影响沉降最主要的因素是CFG桩的桩长,在此基础上提出大型储罐复合地基空间变刚度调平设计方法,即增加沉降核心区的地基刚度或同时减小沉降非核心区的地基刚度,以有效减小储罐地基的差异沉降,改善储罐结构的受力状态。     

Harmonic settlement effects on uniform and tapered tank shells

For economic reasons, foundations of large tanks for fluid storage tend to be shallow and may consequently suffer differential settlement under load. But these tanks are ductile and are able to tolerate limited settlement without distress. For an economic limitation of settlement, the structure should be analyzed rationally. In this paper, the effects of peripheral differential settlement on the shell are evaluated for the practical case of a tapering wall thickness in floating roof tanks which have a relatively flexible response to warping displacements. Previous research has centred on walls of uniform thickness, and is therefore of more limited relevance. Settlement of harmonic form is imposed at the base, and shell deformations and stresses determined in accurate finite element analysis. The significance of stresses in the primary wind girder, adjoining shell and at the bottom is assessed in relation to radial displacement at the top arising from the warping displacement. Results of recent laboratory tests particularly relevant to stress distribution are reported.     

大型浮顶油罐结构设计分析

阐述了我国大型浮顶油罐的发展概况,从罐壁结构选型、底板设计、基础设计等方面分析了大型浮顶油罐的设计要点,论述了大型浮顶油罐结构设计上存在的缺陷及运行中潜在的安全隐患,并对设计计算方法进行了探讨.     

谐波沉降下开顶罐的屈曲分析

研究有关谐波沉降下开顶罐的屈曲性能。首先,研究各种谐波数下开顶罐的极限谐波沉降和屈曲性能。结果显示受小波数影响的上壳体发生屈曲,而受大波数影响时则在壳体的其他地方发生屈曲。随着谐波数的增加,在壳体底部也出现越来越多的屈曲点。此外,对开顶罐来说,受小波数影响时其极限谐波沉降大大降低,而受大波数影响时其极限谐波沉降降低极少。对开顶罐的屈曲性能进行数值研究,考察高径比(h/r)和径厚比(r/t)的影响。可知:在某种特定的谐波数下,极限谐波沉降与高径比(h/r)为单调递减的关系。同样的,随着谐波数的增加,极限谐波沉降的降低变化越来越小。而在某种特定的谐波数下,极限谐波沉降与径厚比(r/t)也为单调递减的关系。此外,随着谐波数的增加,极限谐波沉降的降低变化也越来越小。最后,将开顶罐和锥形顶罐的屈曲结果进行比较。结果显示,受小波数影响的开顶罐比不受锥形顶约束的锥形顶罐更能承受大的谐波沉降。然而,受大波数影响时,开顶罐与锥形顶罐的沉降持续能力有所不同。     

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。