大型LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震與晃動(dòng)控制研究.pdf

1、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)需要低碳能源的支撐,天然氣(LNG)無(wú)疑是現(xiàn)階段最現(xiàn)實(shí)的選擇之一。保存LNG的重要設(shè)施是LNG儲(chǔ)罐,由于存貯易燃、易爆LNG介質(zhì),其抵御突發(fā)性地震等自然災(zāi)害的能力是該設(shè)施的重要設(shè)計(jì)指標(biāo),特別是次生災(zāi)害易造成火災(zāi)和環(huán)境污染,給人類的生存和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響,給生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。所以其減震設(shè)計(jì)研究在LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,在已有研究成果的基礎(chǔ)上開(kāi)展大型LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震與晃動(dòng)控制研究,

2、主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)大型LNG儲(chǔ)罐鋼制內(nèi)罐基礎(chǔ)隔震理論基礎(chǔ):為了給LNG儲(chǔ)罐鋼制內(nèi)罐基礎(chǔ)隔震提供理論支撐,將基礎(chǔ)隔震措施引入到現(xiàn)有儲(chǔ)罐抗震簡(jiǎn)化模型中,采用數(shù)值積分法對(duì)150000m3儲(chǔ)罐進(jìn)行隔震分析與孫建剛模型進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:基礎(chǔ)隔震能夠降低儲(chǔ)罐的地震響應(yīng),不能有效控制晃動(dòng)波高,本文采用的模型是可行的,適用的。
　　 (2)大型LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震基本理論:為了給大型LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)提供理論和技術(shù)支撐

3、,以大型全容式LNG儲(chǔ)罐為研究對(duì)象,推導(dǎo)了LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震水平與豎向地震激勵(lì)下的動(dòng)響應(yīng)分析理論,建立了基底剪力、傾覆力矩、晃動(dòng)波高等基本理論表達(dá)。針對(duì)160000m3大型LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行數(shù)值分析,結(jié)果表明:基底剪力和傾覆力矩明顯降低,晃動(dòng)波高有所放大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮隔震層參數(shù)的影響,進(jìn)行優(yōu)化對(duì)比設(shè)計(jì);LNG儲(chǔ)罐抗震減震設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮豎向地震激勵(lì)的影響。
　　 (3)大型LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震有限元數(shù)值仿真分析:為了給LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震

4、基本理論提供數(shù)值支撐,應(yīng)用有限元數(shù)值仿真技術(shù)建立160000m3全容式LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震有限元模型,對(duì)其進(jìn)行基底剪力、傾覆力矩、晃動(dòng)波高等地震響應(yīng)分析,并與理論分析進(jìn)行了對(duì)比。表明:LNG儲(chǔ)罐的罐壁加速度、動(dòng)液壓力、有效應(yīng)力、基底剪力和基底彎矩等地震響應(yīng)減震效果明顯,晃動(dòng)波高有所放大;理論解與有限元解基底剪力比較接近,晃動(dòng)波高的理論解需要進(jìn)行增大修正。
　　 (4)大型LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震反應(yīng)譜設(shè)計(jì)研究:為了便于工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)用,

5、將LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震力學(xué)模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化,基于反應(yīng)譜設(shè)計(jì)理論,推導(dǎo)了LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震的反應(yīng)譜設(shè)計(jì)方法。通過(guò)160000m3LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震反應(yīng)譜設(shè)計(jì)算例分析和時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算,表明:該反應(yīng)譜設(shè)計(jì)方法是可行的,能夠便于工程設(shè)計(jì)人員對(duì)LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)的需要。
　　 (5)大型LNG儲(chǔ)罐晃動(dòng)控制研究:為了控制儲(chǔ)液晃動(dòng)波高,在引入基礎(chǔ)隔震措施的基礎(chǔ)上,在儲(chǔ)液表面附加防晃裝置,構(gòu)成綜合減震體系,推導(dǎo)系統(tǒng)控制方程。選取16000

6、0m3全容式LNG儲(chǔ)罐對(duì)其進(jìn)行晃動(dòng)控制分析,結(jié)果表明:剛性浮盤(pán)防晃阻尼裝置能夠有效降低儲(chǔ)液的晃動(dòng)波高,與基礎(chǔ)隔震裝置聯(lián)合使用,能夠起到綜合減震的目的。
　　 (6)大型LNG儲(chǔ)罐模擬地震振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)研究:為了給理論計(jì)算、有限元分析和工程設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)支撐,以1000m3儲(chǔ)罐為原型,給出了1:5儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)縮尺模型以及采用鉛芯橡膠墊隔震支座隔震體系的模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方案;在地震激勵(lì)下,通過(guò)參數(shù)測(cè)量技術(shù)得到儲(chǔ)罐的位移和加速度地震響應(yīng),并將試驗(yàn)