大型鋼儲罐結(jié)構(gòu)的風荷載和風致屈曲.pdf

1、儲罐結(jié)構(gòu)是一類典型的薄殼結(jié)構(gòu)，廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如石油、液化天然氣、糧食、水泥等各類液體和固體的儲存，其中，石油化工業(yè)中的鋼制儲油罐最為常見。近年來，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和國家能源戰(zhàn)略的實施，以大型儲油罐為代表的大型鋼儲罐結(jié)構(gòu)的建造方興未艾。大型鋼儲罐結(jié)構(gòu)的特點是徑厚比大、高徑比低，屬風敏感結(jié)構(gòu)，在強風甚至是長時間和風作用下容易失穩(wěn)破壞，特別是在空罐或儲液、儲料不多的情況下。在過去幾十年中，世界各國和地區(qū)已先后發(fā)生過多起鋼儲罐的風毀

2、事故。由于鋼儲罐的風毀造成巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的環(huán)境污染，其風力穩(wěn)定問題長期以來受到眾多學者的廣泛關(guān)注和重視，然而已有的文獻主要關(guān)注中小型儲罐及簡倉結(jié)構(gòu)，對大型變壁厚鋼儲罐結(jié)構(gòu)鮮有涉及。因此，開展大型鋼儲罐風荷載和風力穩(wěn)定的研究有著迫切的現(xiàn)實意義與廣泛的應用前景。本文主要通過風洞試驗和有限元分析對以十萬方立式圓柱形鋼油罐為代表的大型鋼儲罐結(jié)構(gòu)的風荷載和風致屈曲進行系統(tǒng)的研究，力求揭示這類結(jié)構(gòu)的風致屈曲機理及行為，為大型鋼儲罐結(jié)構(gòu)的合理抗

3、風設(shè)計提供參考和建議。
　　本研究分為九個部分：第1章介紹本文研究的背景，回顧鋼儲罐及金屬圓柱殼結(jié)構(gòu)風荷載和風致屈曲的研究歷史，總結(jié)現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)計規(guī)定，指出本文工作的出發(fā)點和思路。第2章簡要介紹流體動力學原理及其數(shù)值解法----計算流體動力學(CFD)的基本理論，采用CFD商用軟件Fluent對十萬立方大型鋼儲罐進行數(shù)值風洞分析，初步了解這類結(jié)構(gòu)的風場繞流特點和風荷載分布特征，并為后文大型鋼儲罐的風洞試驗設(shè)計提供參考。第3章針對十

4、萬立方大型鋼儲罐單體條件下的風荷載進行風洞試驗，考察三種不同的儲罐形式:敞口儲罐、平頂儲罐和穹頂儲罐;獲得上述三種儲罐的基本風荷載數(shù)據(jù)，包括平均風壓和脈動風壓、偏度和峰度，對風壓脈動的概率分布進行分析并與高斯分布比較;討論頂蓋形式對鋼儲罐罐壁部分風荷載的影響、平均風壓和脈動風壓的相關(guān)性，將獲得的風荷載數(shù)據(jù)和以往相關(guān)研究成果和規(guī)范進行對比，擬合圓柱殼罐壁平均風荷載體型系數(shù)的傅里葉公式，以供設(shè)計應用參考。第4章以敞口儲罐為例，通過519種工

5、況試驗，考察群體效應對儲罐表面風荷載的影響。試驗包括三種典型的排列:兩相鄰儲罐包括串列、并列和錯列、三角形三罐排列和正方形四罐排列;重點研究來流風向角和罐群間距對鋼儲罐風荷載分布的影響。第5章簡述薄殼結(jié)構(gòu)的力學特點、穩(wěn)定問題的基本概念和薄殼結(jié)構(gòu)非線性穩(wěn)定理論的發(fā)展歷程;簡單介紹圓柱薄殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的有限元求解方法;概括圓柱薄殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的分類并提出側(cè)壓穩(wěn)定的概念;以實際工程中常用的五種圓柱鋼儲罐（容量為2000～50000m3）為例，

6、建立有限元模型，對其風致屈曲的一般行為進行分析，討論焊縫缺陷和特征值模態(tài)缺陷對風致屈曲性能的影響。第6章以十萬方鋼油罐為研究對象，建立有限元模型，進行大型鋼儲罐結(jié)構(gòu)在平均風荷載下的穩(wěn)定分析，包括線性特征值屈曲分析和幾何非線性分析，研究初始幾何缺陷對鋼儲罐穩(wěn)定性能的影響;討論壁厚腐蝕和儲液高度等基本參數(shù)對鋼儲罐風致屈曲性能的影響;研究群體條件下鋼儲罐風致屈曲承載力的變化特點。第7章簡述結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性原理和結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性的實用判定準則;采用