大型立式储油罐地震反应分析

大型立式储油罐地震反应分析

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2O第 4期 (第 18 ) 07年总 1期

大型立式储油罐地震反应分析范喜哲，郑天心何，(. 1中油吉林化建工程股份有限公司 .吉林

雪。吴灵宇王，,1 2 1 3￣ )

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12 1 2. 3￣;哈尔滨工业大学 .哈尔滨

3.中油吉林燃料乙醇有限责任公司 .吉林

【摘要】基于 A S S NY有限元软件建立了液一固耦联大型立式储液罐模型。以 1万 T储油罐为对象进行 O n 3了地震反应仿真计算，功的再现了液体大幅晃动和罐底提离现象。分析结果表明，型储油罐罐内液体的晃动成大不只是以基本振型为主，它振型对液体晃动的贡献比较大，其其基本周期比小体积罐大很多。由于体积较大，整个罐体下沉明显，罐底提离高度相对于罐体直径较小。

【关键词】储油罐；液体晃动；罐底提离；地震反应【图分类号】 T313中 U1.0前言

【文献标识码】 A

【文章编号】 1 1 842 70— 04 0 0—66(O )4 07— 2 0 O

为 10考虑基础的压缩性， 2m,采用弹性模量为 18×19/2 . 0N m。

立式圆柱形钢制储油罐是油田、石油化工及其相关企业广泛应用的储液容器。大多为存贮易燃、易爆物质，一旦发生震害，后果十分严重。16年 6月 1 94 6日，日本新泻地震中储油罐破坏后，发生的大火持续 1d烧毁储油罐 8 5, 4座，造成严重的经济损失和空气污染。 17 96年 7月 2 8日，国唐山我大地震时，山市内烈度Ⅺ度区两座 10m储油罐严重破唐 00 s坏，内数百吨汽油全部漏出。罐 本文采用 A S S N Y软件中的接触单元和目标单元来模拟移动边界的非线性，采用扩展的拉格朗日方法计算，通过设

罐内液体采用原油，密度为 ( . O7—1 )×1 I, O8× 0 I取 . 3 l 3 1 T, n弹性模量 3×1 N, 3 0/粘滞系数为0024 s . 2 N/ 0 m。输入的地震波为水平 E . E T O波， LCNR加速度最大峰值为 34I s, .1,出现在 20 s n2 .6。地震波持续时问 2s 0。, U■ S YS

2储油罐地震反应分析

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置接触刚度和容许渗透值来控制结果精

度和收敛时间，功成的模拟出了液体的大幅晃动和罐底提离现象。 1 O万 I大 I l 3型储油罐地震反应分析表明，与小体积罐相比液面晃动周期、离高度等有明显的区别。提 1储油罐 A S S模型建立 NY根据罐壁薄的特点， A S S中选择具有四个节点，在 NY每个节点有六个自由度的 S E .8单元建立罐壁模型，动 I I. 1 4 I 1在力荷载下，允许单元的横行剪切变形，允许单元伸展，因而厚

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图 1左右罐壁毗邻处液面高度变化时程曲线

2 1液面晃动分析 .

度设置为固定的单元参数；内液体采用基于 H unr型罐 ose模简化的三维液体单元 F UD 0此单元适合于容器液体、 LIS,无净流速的液体模型分析，以及有关静水压力计算、一液耦固合计算和加速度效益等。例如，液体的晃动、温度的影响；基础模型选用模拟三维固体结构的 S L 4 O I 5单元，单元具有 D此塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变的特性。储液罐模型建立的关键是应用了接触单元和目标单元来模拟移动

由计算得到罐内左右液面高度变化时程曲线及频谱分析曲线如图 12 3示。图 1给出了左右罐壁毗邻处液面、、所高度变化时程曲线，中 U其 Y一2表示是右侧液面节点的竖向位移， Y一3表示左侧液面节点的竖向位移。 U

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边界的非线性，以此实现了液体的大幅晃动和罐底提离，采用的单元是与以上罐体单元相匹配的 C N A 7 O T 13单元和 T R E 7单元。状态非线性分析的关键点：罐体与液体 A G 10①接触面之问设置接触对；②罐底与基础之问设置接触对。

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1万 T 0 n油罐 A S S模型罐罐体直径为 8m,高 3储 NY 0罐 2m, 4罐内液体高度 1m, 8由于模型较大计算收敛较困难，所以网格划分相对较粗。罐壁厚度采取变厚度， 0~9 m为 3r 9 8 2 m,~1m为 1r 1m~2m为 1m a 8 m,8 a 4 2 m。罐壁材料采用 40 P级高强度钢材， 9M a

考虑材料的非线性，采用双线性随动强化模型，弹性模量为 2 1 0/,服强度为 4 9× .×1“N屈 . 18,, 0N 切线模量为 20 . 6×19/。基础高度为 6直径 0N m,图 2右侧液面节点的竖向位移频谱图

图 2给出了右侧液面节点竖向位移的反应谱，其基本频率为 O3H,期为 2 8s第二频率为 Oo H,期为 .5 z周 ., 4,8 z周 1.8。图 3给出了左侧液面节点的竖向位移的反应谱， 13 s其基本频率为 0 1H, .3 z周期为 73 s .1。从中看出，液面晃动仍是

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范喜哲等：大型立式储油罐地震反应分析

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频率/ Hz左侧液面节点的竖向位移频谱图

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以低频长周期波动为主，是受第二频率影响较大，面晃但液动仍是多阶振型的叠加。液面晃动的最大高度为 8 .c 25m。与小体积罐比较可以看出，大型储液罐的液面晃动不只是以基本振型为主，几阶振型对液面晃动的影响比较显著，前并且液面晃动的基本周期比小体积罐大很多。 2 2罐底提离分析 .

S MX=. 6 E+09 2 2 2 E+0 35 7 . O E+0 6 0 8 . l 1 8E+0 .1 5+0 9 7 E 9 .3 2 3E+0 9 3l 2E+O .8 8E+08 .1 6+0 . 0 8 8 4 E 9 2 4E+0 9 . 6 E+0 2 2 9

图 5 28时罐壁的 Mi s力云图 .s s应 e

通过计算得到左右侧罐底节点的竖向位移时程曲线，以此反应左右侧罐底提离情况。豫 g

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图 6罐壁中面纵向压应变峰

值沿罐高的分布

别为 58和 54由于大型储液罐产生的提离高度相对整 4衅 5￣;个罐体的直径很小，提离对罐壁的纵向应变影响较小。因此，图4左右侧罐底节点的竖向位移时程曲线

与小体积罐比较大型储液罐的罐壁应变受提离影响较小。3结语

图 4出了左右侧罐底节点的竖向位移时程曲线。从给中可以看出，整个罐体下沉比较大，罐底提离波动受高频地震波影响较大，罐底两侧的提离受液体晃动影响基本交替进行，但不明显。从右侧罐底的节点的竖向位移可以看出，最大提离高度为 7 1c但是相对于罐体的半径 4 m, .6m, O其提离的角度很小，即对于 1 t 0万的超矮罐其提离角度很小。

大型储液罐罐内液体晃动不只是以基本振型为主，其它振型对液体晃动的贡献比较大；其基本周期比小体积罐大很多。大型储液罐罐壁中下部易进入屈服，产生了不同厚度并处的变形突出现象，建议对于大型储液罐进行不同厚度的分段失稳验算。另外，口发生较大变形，议储液罐加大钢罐建箍，以减小罐口处的变形。大型储液罐由于体积较大，整个罐 …… 此处隐藏：3215字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……