水平地震作用下立式儲(chǔ)罐的減晃試驗(yàn)研究分析.pdf

1、立式圓筒形儲(chǔ)罐是油田和石油化工及其相關(guān)企業(yè)廣泛應(yīng)用的容器，其多存儲(chǔ)易燃易爆、有毒介質(zhì)，在地震作用下常因內(nèi)部?jī)?chǔ)存流體晃動(dòng)過大造成容器破壞，易導(dǎo)致火災(zāi)、泄露等次生災(zāi)害，對(duì)人類的生存和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，給國民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。另一方面在立式圓筒形儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)中，晃動(dòng)波高作為儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要指標(biāo)，這一點(diǎn)在多國規(guī)范中都有明確規(guī)定。其中我國《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50341-2014)[5]要求:固定頂油罐和浮頂油罐的設(shè)計(jì)最

2、高液位到罐壁上沿的距離應(yīng)大于液面晃動(dòng)波高，可見晃動(dòng)波高對(duì)儲(chǔ)罐的罐高設(shè)計(jì)起著控制性作用，并且液體晃動(dòng)過大會(huì)造成儲(chǔ)罐發(fā)生“象足”和“菱形”屈曲等形式的破壞。因此，若能有效減小儲(chǔ)液的晃動(dòng)波高，將對(duì)儲(chǔ)罐的優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全設(shè)計(jì)帶來良好效果。
　　為了抑制儲(chǔ)罐內(nèi)液體的晃動(dòng)、本文以有機(jī)玻璃代替鋼材設(shè)計(jì)了縮尺比為1∶30的立式儲(chǔ)罐模型，以減晃板相對(duì)寬度和相對(duì)位置作為待優(yōu)化參數(shù)，以波高峰值、罐壁加速度響應(yīng)、罐壁壓應(yīng)力峰值作為晃動(dòng)響應(yīng)衡量指標(biāo)，對(duì)有、無

3、減晃板的立式儲(chǔ)罐內(nèi)的液體在不同地震激勵(lì)下的晃動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:布置減晃板可以對(duì)儲(chǔ)液的晃動(dòng)波高起到一定的抑制作用，但其抑制效果受減晃板相對(duì)寬度和相對(duì)位置的影響較大。對(duì)于本試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?dāng)相對(duì)寬度在0.125～0.175且相對(duì)位置在0.125～0.225時(shí)，減晃板的抑晃效果較好，罐底加速度得到了一定的抑制，并且能保證部分放大的罐壁壓應(yīng)力峰值遠(yuǎn)離規(guī)范限值;其次根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)減晃板對(duì)短周期的Northridge波下的地震響應(yīng)控制

4、效果較好，加速度峰值與壓應(yīng)力峰值都得到了較好地控制，對(duì)于長(zhǎng)周期的El-Centro波與Taft波下的地震響應(yīng)控制效果相對(duì)較差;最重要的是晃動(dòng)波高的顯著降低，使得儲(chǔ)液高度的限制得到了“解放”，相比無減晃板的罐體，帶減晃板的儲(chǔ)罐液體高度可以被設(shè)計(jì)為更大的高度，這對(duì)提升罐體儲(chǔ)量和提高占地利用率具有重要的意義。
　　借助ADINA有限元軟件建立有、無減晃板的儲(chǔ)罐有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果表明:當(dāng)減晃板在距液面0.125～0.22

5、5倍的儲(chǔ)罐高度且其寬度在0.15倍的儲(chǔ)罐半徑附近時(shí)，減晃板對(duì)儲(chǔ)液晃動(dòng)波高、罐底剪力及罐壁壓應(yīng)力都具有較好的抑制效果;減晃優(yōu)化設(shè)計(jì)后，“象足”失穩(wěn)區(qū)（接近罐底處）的罐壁壓應(yīng)力峰值得到了較為顯著的抑制。將有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)實(shí)測(cè)值對(duì)比分析，驗(yàn)證了ADINA數(shù)值模擬儲(chǔ)罐內(nèi)液體晃動(dòng)響應(yīng)的可行性及可靠性。在此基礎(chǔ)上，利用有限元軟件ADINA進(jìn)行儲(chǔ)罐多參數(shù)變化分析，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)考慮減晃板影響的儲(chǔ)罐晃動(dòng)波高進(jìn)行理論分析，提出考慮減晃板影響的儲(chǔ)罐