大型鋼制儲液罐在地震激勵下的強(qiáng)度與穩(wěn)定性研究.pdf

1、大型鋼制儲液罐是我國國家戰(zhàn)略石油儲備的核心設(shè)施，而我國有多達(dá)9個石油儲備基地的抗震設(shè)防烈度達(dá)到或超過7度，儲液罐的抗震安全性正成為我國國家能源供給與經(jīng)濟(jì)安全的保障。在1964年的Alaska地震以后，儲液罐的抗震設(shè)計開始以反應(yīng)譜理論為基礎(chǔ)，并以許用壓應(yīng)力為基準(zhǔn)進(jìn)行穩(wěn)定驗算，但儲液罐的震害事故仍時有發(fā)生。儲液罐的設(shè)計地震力由設(shè)防地震下的彈性地震力采用折減系數(shù)確定，各國設(shè)計規(guī)范對該系數(shù)的取值存在一定爭議，而儲液罐設(shè)計規(guī)范現(xiàn)所采用的靜力穩(wěn)定校

2、核方式，也不足以全面反映地震動的不確定性與復(fù)雜頻譜特性。上述問題至今仍未得到很好解決，因此，確定合理的地震力折減系數(shù)以及探索高效的動力穩(wěn)定性分析手段，具有重要理論意義與工程實用價值。
　　本文將分別提出動力推覆方法、Floquet乘子法、Lyapunov指數(shù)法三類分析方法，就鋼制儲液罐的地震力折減系數(shù)、動力不穩(wěn)定域以及動力失穩(wěn)概率進(jìn)行深入研究:
　　考慮多維地震影響并采用Rayleigh阻尼假定，從“位移-壓力”格式的流固耦

3、合方程出發(fā)，推導(dǎo)出壓力凝聚模型的動力平衡方程，并就流固耦合系統(tǒng)模態(tài)特性在壓力凝聚前后的一致性進(jìn)行了證明。以Clough模型罐為例，分別從模態(tài)特性與時程分析結(jié)果驗證了壓力凝聚模型的有效性。分析了10萬方浮頂儲液罐與5萬方拱頂儲液罐的主模態(tài)特性，重點考察了抗風(fēng)圈、拱頂網(wǎng)殼等附屬件的影響。
　　考慮重力影響并合并同頻模態(tài)，由壓力凝聚模型導(dǎo)出性能曲線的投影方程，通過控制諧波參數(shù)，實現(xiàn)流固耦合系統(tǒng)的單向動力推覆。以10萬方浮頂儲液罐為例，通

4、過對比廣義本構(gòu)模型與流固耦合模型的時程分析結(jié)果，驗證了動力推覆方法的有效性。基于動力推覆分析歸納了11種浮頂儲液罐的冪次失效模型，以此構(gòu)建等向強(qiáng)化的單自由度恢復(fù)力模型，選擇40條最不利地震波，在特定延性下迭代求解儲液罐的地震力折減系數(shù)，就規(guī)范GB50341、SH/T3026中地震力折減系數(shù)取值的合理性進(jìn)行了討論。
　　從“位移-壓力”格式的流固耦合方程出發(fā)，以周期變化的幾何剛度矩陣考慮殼體應(yīng)力變化，基于壓力凝聚模型，建立儲液罐在簡

5、諧地面加速度下的周期系數(shù)擾動方程，通過計算Floquet乘子，遞歸搜尋動力不穩(wěn)定域邊界。以Chiba模型罐為例，基于模型試驗結(jié)果與B-R準(zhǔn)則法分析結(jié)果共同驗證了Floquet乘子法的有效性。選擇三類典型大型鋼制儲液罐作為分析對象，系統(tǒng)研究了靜液壓、儲液密度、儲液深度、抗風(fēng)圈、網(wǎng)殼連接模式、隔震參數(shù)等因素對鋼制儲液罐動力不穩(wěn)定域的影響。
　　從“位移-壓力”格式的流固耦合方程出發(fā)，以時變幾何剛度矩陣考慮殼體應(yīng)力變化，基于壓力凝聚模型

6、，建立儲液罐在地震激勵下的等效動力擾動方程，通過實時調(diào)整擾動向量模長步進(jìn)求解動態(tài)Lyapunov指數(shù)，據(jù)此確定儲液罐的臨界地震動峰值加速度以及動力失穩(wěn)概率。以10萬方浮頂儲液罐為例，在簡諧激勵與地震激勵下進(jìn)行動力穩(wěn)定性分析，分別采用Floquet乘子法與B-R準(zhǔn)則法驗證了Lyapunov指數(shù)法的有效性。參考儲液罐的震害報告，建立多維地震動數(shù)據(jù)庫，選擇10萬方與5萬方鋼制儲液罐作為分析對象，重點研究了地震動多維特性、附屬件設(shè)置、儲液深度等