地震激励下储液罐提离动态响应试验研究

摘要：对钢制的大型带外浮顶的圆柱形储液罐模型进行振动台模拟试验,通过在不同工况下,对试验结构系统输入水平和竖直两种方向地震激励来测试和分析其地震响应情况,得到两种激励方向下,储液高度、有无浮顶情况、地震波幅值和频率等各种因素对模型结构系统动态响应行为的影响以及它们的联合作用,并得到各种工况下本试验模型结构系统的绝对位移和提离响应行为规律。此外,还系统地阐述了试验中所选用的实验台设备、试验方法、罐体模型设计、传感器、数据采集、测点布置方法和地震激励的输入方法等试验中的重要因素。本试验的研究将为理论分析、结构设计和计算机数值模拟等研究项目提供可靠的依据。     

大型储液罐的地震反应初探

随着大型储液罐在石化工业的广泛应用,其震害分析变得极为重要。利用ANSYS软件在空锚固式储液模态分析的基础上,输入模拟的地震加速度反应谱,得出了横向地震力作用下的较为精确详尽的储罐响应结果,直观的再现了空储液罐在地震力作用下的受力情况和薄弱环节,从而为储液罐的设计提供了可靠的依据,为进一步分析大型储液罐充液状态时的地震反应起到抛砖引玉的作用。     

大型石油储罐的风载荷响应分析

主要研究了大型石油储罐在风载荷作用下的响应。首先,介绍了风载荷分析时用到的风压模型,并建立了储罐的有限元模型;然后,对储罐进行了模态分析;最后,分别计算了储罐在静态风压和动态风压模型下的响应。结果表明:储罐的模态呈多波分布,该振动为储罐周向振动和竖向振动的叠加。在静态风压模型下,储罐的最大位移发生在靠近储罐罐顶的罐壁某处;最大应力发生在罐壁与地板的连接处。在动态风压模型下,动态响应的峰值(如位移和应力峰值)延迟于风载荷峰值的出现。     

大型立式储罐在地震作用下储液晃动问题计算

大型立式储罐受地震作用的储液晃动波高是储罐抗震设计的重要指标,该指标的设计是否合理关系到储罐在地震作用下的安全性能。近断层地震动常包含速度大脉冲和丰富长周期波形,易激发长周期特性的大型立式储罐产生大幅晃动,对储罐本身和周围环境构成重大威胁。因此,为研究近断层地震动作用下立式储罐的晃动响应,通过振动台试验、有限元仿真和各国储罐规范对波高设防合理性问题的研究,试验表明,立式储罐在近断层地震动或长周期地震动作用下,晃动波高较大,且晃动波高与输入地震动峰值加速度大致呈线性关系,对模型罐进行数值仿真,通过仿真波高和试验波高的数据拟合,两者可互相验证,得出利用有限元软件ADINA进行大型立式储罐的晃动模拟是可行的;对10 000m3立式储罐做大量近断层地震动作用下的晃动仿真,利用地震动卓越周期或脉冲周期作为频谱参数表征波高都有一定的合理性,且近断层地震动激励波高明显大于在相似参数下各国储罐规范的设计波高,因此,各国立式储罐在波高设计时,有必要考虑近断层地震动对波高的不利影响。     

储罐抗震计算模型的简化

针对立式钢制储罐抗震计算的模型简化问题,将储罐简化为三质点体系,即晃动质点、液固耦合质点、刚性脉冲质点。液体的晃动频率远低于罐壁的频率,所以可以忽略液体的晃动和壳体振动的耦合,将储罐简化为液固耦合质点、刚性脉冲质点的二质点体系。通过数值分析发现可将储罐简化为单质点体系,即只考虑液固耦合质点。与规范算法（只能计算出最大值）相比,误差不大。因此,可采用单质点体系计算得出储罐在任意地震波输入下任意时刻的地震时程响应,从而大大减少了计算工作量。     

基于流固耦合方法的单容液化天然气储罐地震反应谱分析

单容罐为目前常见的液化天然气(LNG)储罐类型之一。基于流固耦合方法,采用ANSYS软件对单容LNG储罐罐内液体进行真实的建模,并对运行基准地震(OBE)和安全停运地震(SSE)载荷作用下的最恶劣组合工况的整体储罐结构模型进行了有限元分析计算和结果校核。分析结果表明,该结构形式的LNG储罐满足在地震作用下极限状态的设计要求。     

地基不均匀沉降和风载荷联合作用下的大型储罐屈曲分析

为了研究大型储罐在地基不均匀沉降和风载荷联合作用下的屈曲稳定性,提出了一种屈曲数值模拟方法。针对储罐实际结构合理简化后建立几何模型,施加不均匀沉降和风载荷等边界条件,建立了二者联合作用下的储罐屈曲数值模拟方法,并以某20 000 m3固定顶油罐为例开展了屈曲分析。结果表明,相比于无地基不均匀沉降的储罐,具有地基不均匀沉降的储罐的抗风稳定性被削弱,削弱程度与地基不均匀沉降沿罐周的分布规律有关;且储罐易在向上提离幅值最大处对应的罐壁区域发生风致屈曲。     

储液罐子结构振动台试验仿真分析

由于有限元仿真需要假设材料性能,难以真实全面地反映储液罐的地震响应;而振动台试验只能完成较小比例的模型试验,与储罐原型差距很大。为此,提出了储液罐子结构振动台试验方法,采用 Malhotra 力学模型,将储液罐划分为试验子结构和数值子结构两部分。运用 MATLAB 程序对储液罐子结构振动台试验进行了仿真试验分析。仿真计算表明：储液罐子结构仿真结果与全结构的计算结果有较好的吻合性,仿真计算的储罐基底剪力与规范算法接近。     

基于ANSYS的桥式抓斗卸船机结构抗震性能分析

针对桥式抓斗卸船机在地震作用下的动态响应和抗震性能问题,对卸船机结构在地震作用下的结构强度、应变特性、轮压稳定性以及损伤模式等方面进行了研究,提出了基于ANSYS的结构抗震分析方法。结合传统岸桥和建筑抗震分析理论,利用ANSYS建立了桥式抓斗卸船机钢结构有限元模型,对卸船机在不同工况和不同地震激励下的位移响应、应力响应和轮压进行了地震等效静载分析计算,明确了卸船机的关键位置。在等效静载分析的基础上,根据拟建场地的基础特性和卸船机的结构振动特性,选取了合适的抗震设计反应谱和典型地震波记录,对卸船机主要工况在不同地震激励下进行了反应谱分析和动力时程分析,并将其与等效静载分析的实验数据进行了对比研究。实验结果表明:桥式抓斗卸船机有较好的抗震性能,满足规定的抗震设防烈度7度,保证了其钢结构设计的正确性,对卸船机的抗震研究领域和工程应用具有参考意义。     

基于ANSYS有限元技术的储罐设备分析

采用ANSYS有限元分析平台,对某实际运行中的储罐设备进行建模,通过对储罐设备的整体结构及支撑构件模型在风载荷、地震载荷、雪载荷不同激励状态下进行受力分析,找到储罐设备及其支撑构件的薄弱部位,为类似复杂的大型储罐设备设计分析提供新的参考思路。     

基于流固耦合法的储罐地震响应分析

针对一种储罐在一定装液量下的地震瞬态响应进行分析探讨。使用CFD(Computational Fluid Dynamics)和FEM(Finite Element Method)耦合的数值分析方法进行计算,考虑气液两相黏性湍流态流体与结构之间的相互作用,获得了一定液体装量下该容器在典型地震历程下的液体自由表面变化和结构响应特性。结果表明:在典型地震时程作用下,容器结构的响应由初始的小幅振动发展为高幅值振动,随着流固相互作用的充分发展,容器响应受液体晃动主导。通过比较无耦合的附加质量方法和流固耦合方法之间的差异,验证了耦合法在计算储罐地震响应问题上的优势,研究结果可以为工程安全分析提供参考和支持。     

内罐泄漏条件下LNG储罐外罐地震响应分析

针对内罐泄漏条件下LNG(液化天然气)储罐混凝土外罐,采用不同场地、不同方向地震波对其进行地震响应分析,得出地震波波形及方向对储罐外罐的地震响应的影响。结果表明:坚硬场地垂直向地震波对外罐加速度的影响较小,其他场地垂直向地震波对外罐的加速度影响较大,特别是软弱场地的影响最大;垂直向地震波对外罐有效应力的影响很小。     

地震及多风况下风力机塔架动力响应

为分析不同风速的湍流风与地震联合作用下大型风力机塔架动力学响应,以美国可再生能源实验室(NREL) 5 MW风力机为研究对象,基于考虑土-构耦合效应的Wolf理论,利用动态入流理论及Prandtl理论修正的叶素动量理论计算气动力,基于FAST软件预留数据接口开发了地震载荷计算模块,建立了湍流风与地震联合作用下的风力机仿真模型;计算了5组风速与30种强度地震耦合共150种工况下的风力机塔架动力学响应。结果显示：额定风速下,塔顶位移响应受地震激励影响明显;低风速下地震作用对塔架加速度响应影响较大,高风速的湍流风会加剧塔架剪切力和弯矩响应;湍流风与地震联合作用时,塔顶位移及剪切力和塔基剪切力及弯矩的临界地面加速度峰值随风速的增大先增大再减小,塔顶加速度的临界地面加速度峰值在高风速下随风速增大而增大。     

随机地震激励下塔机结构动态响应分析

基于随机振动理论,对塔机进行随机地震激励下的动态响应分析。选用杜修力-陈厚群模型描述地震动输入,采用一致平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了塔机在五种不同组合方向输入地震激励时塔机内力、位移的随机地震响应。计算结果表明:Y向(竖向)地震波激励相比X向地震时塔机内力增幅明显,Z向地震波激励对塔身弯矩影响最大;Y向地震波是造成塔臂断裂的主要原因,Z向地震波过大易导致塔机倾覆。     

深海海底钻机收放系统动力学随机数值仿真方法研究

提出了一种随机不规则波浪激励下的收放系统动力学随机数值仿真方法。该方法以随机不规则波浪为输入,应用雨流计数法分析收放系统动态特性响应随机分布特征,获取不同水深和海况条件下收放系统动态响应统计规律。以深海海底钻机收放系统为例,对随机不规则波浪激励引起的母船摇荡-脐带缆-深海海底钻机摇荡进行分析,建立了计入海水阻尼的深海海底钻机收放系统动力学模型。然后,以随机不规则波浪的有义波高为特征值,产生随机不规则波浪激励,应用收放系统动力学模型分析计算系统动态随机响应,应用雨流计数法分析收放系统动态响应特性随机分布特征,并对不同水深和海况条件下的钻机摆动状况、升沉运动以及脐带缆张力等动态特性进行随机数值仿真分析与讨论。所提出的方法为随机不规则波浪激励下,海洋装备收放系统动态特性分析提供了新途径。     

立式储液罐象足屈曲的准静态数值模拟

“象足”屈曲现象是大型钢制立式储液罐地震破坏的主要形式之一,它发生在靠近底部的壁板区域。在考虑大变形几何非线性和材料非线性条件下,本文利用非线性有限元法,以轴对称载荷壳单元模型,对一定尺寸范围内的储罐进行了准静态弹塑性屈曲分析。研究了受轴向压应力情况下,环向应力和轴向压缩失稳能力之间的关系。并强调了轴向压力是导致失稳的主导作用。     

大跨度门机随机地震响应研究

为更好反应地震对门机造成的影响,以大跨度门机为例建立有限元模型。采用多维多点的地震输入方式对大跨度门机进行平稳随机地震分析,分别在行波效应、局部场地效应和相干效应作用下对门机的位移和应力响应规律进行分析比较。计算结果表明:与一致激励相比,行波效应和局部场地效应下的地震激励对门机的最大应力分别增大了8.38%和10.15%;完全不相干效应会使门机的最大应力减少5.58%;由此可得到结论,忽略地震动空间效应会使门机的分析结果有很大的偏差。     

大型储罐地震动力响应研究综述

立式圆柱形储罐是石油化工行业的一种重要存储设备,考虑各方面的原因,储罐的大型化发展已经是必然趋势。大型储罐一旦在地震中遭破坏,必将产生严重后果,故其抗震研究越来越受到工程界关注。综述了最近几年国内对大型储罐地震动力响应研究的概况,包括该领域的研究方法和主要的研究结论等。鉴于问题的复杂性,还指出了该领域尚亟待解决的问题,这对大型储罐的安全性保障将有促进作用。     

大型石油储罐健康管理方法应用研究

随着我国石油储备的增加和石油化工工业的发展,大型石油储罐的单罐容积和总体数量不断增加,其安全运行事关重大。大型机械系统健康管理理论被应用于大型石油储罐,提出大型石油储罐健康管理的理念、程序和具体方案;根据大型石油储罐特点,制定健康管理指标体系;提出依据健康评价结果及时调整的健康检测方案;对部分健康风险、健康指标、检测技术进行介绍;提出对健康状态和健康变化趋势进行判断和预测的健康评价方法,和以基于健康状态维修为主的健康恢复方案。大型石油储罐健康管理方法依据健康指标和健康评价结果,统筹应用现有的储罐检测和维修手段,以最经济的方法保障储罐健康运行。并进行健康管理方法的初步应用,验证健康管理方法的有效性。最后总结大型储罐健康管理方法进一步发展的关键需求。     

发展附加质量模型分析储液罐的动力响应

提出一种表述附加质量分布规律的公式和有限元单元模型,接入ABAQUS有限元软件对储液罐动力试验模型进行数值模拟,分析对比弹塑性屈曲“象足效应”和“钻石效应”的实验数据,证明所提出公式的合理性和有效性,并指出原经验公式在分析动水压力问题上的缺陷。模拟中考虑了储液罐壁动力响应加速度的方向对液体惯性作用力的影响,从而更加准确地模拟了储液罐壁与液体的相互作用问题,为储液罐结构的抗震性能分析提供了一种非线性动力响应有限元方法。