立式圆柱形非锚固储液罐的三维地震响应分析

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1、2010年第l2期中阁高新技术企业N0．12．20lO(总第147期)ChinaHi-TechEnterprises(CumulativetyNO．147)立式圆柱形非锚固储液罐的三维地震响应分析张光浩，崔文勇(北京化工大学机电工程学院，北京100029)摘要：文章运用ANSYS有限元软件建立了某20000m’储液罐的有限元数值分析模型，分析了储罐在三维地震响应下的加速度、提离的响应。分析结果表明：储液罐加速度反应有所放大；储罐发生了提离，提离区域成月牙形，并且在底板提离区域内应力强度有很大波动。关键词：储液罐；三维地震；有I％~L；ANSYS；动态响应中图分类号

2、：TE927文献标识码：A文章编号：1009—2374(2010)12—0028—03大型储液罐多存放易燃、易爆、有毒介质，一旦在地震中在建模过程中对储液罐进行了适当的简化，忽略了所有遭受破坏，不仅会产生巨大的经济损失，而且还会产生次生灾接管和开孔，储液罐有限元模型如图1所示。储液罐与基础害。因此大型储液罐的地震响应问题在国内外越来越受到重之间施加接触对，对基础的底部节点进行自由度全约束。视，孙建刚教授一直致力于储液罐抗震方面的研究，针对储液罐的晃动与提离、应力应变、一维激励和三维激励的对比等问题做了比较深入的研究。立式储液罐具有直径大、罐壁薄的特点，其地震响应包

3、含很多非线性特征，分析起来十分复杂，国内外人员从不同角度对其做了多方面的研究，其中有限元数值模拟是常用的方法之一，本文采用ANSYS有限元软件建立了某20000m3立式圆柱形非锚固储液罐的有限元数值分析模型，分析了储液罐在三维地震激励下的加速度、提离的响应。一、有限元模型的建立图1储罐有限元模型(一)储罐基本参数二、动态响应分析储罐容积为20000m，直径34m，材质为09MnNiDR，壁板高度24．26m，拱顶高度5．99m，储罐总高度30．712m，在f一)地震波的选取14．46m和20．86m处设有加强圈，底板厚lOmm，壁板共l0选取地震烈度为9度的E1C

4、entro波，峰值加速度为0．4g，圈，各圈壁厚如表1所示。储罐密度7850kg／m，弹性模量为输人前15s的三向地震记录，地震波以惯性加速度的方式施2x10“Pa，泊松比1J=O．3，屈服应力盯。=410MPa。储液密度加到储罐上。为580kg／ms,储液高度22．112m。(二)加速度时程表1储罐壁厚采用工程上常用的附加质量法来模拟固液耦合的响应，第la圈1234567。8910即将储罐中的液体以等效密度的形式直接附加于罐壁上。进板厚／mm222018161412101024行三维地震响应分析，提取储罐上节点649，1097，1641的x(二)单元选取方向加速

5、度时程曲线，三个节点的位置如图2所示，其X方向储罐壁和底板采用sheU63单元，该单元既具有弯曲能力加速度时程曲线如图3—5所示，从图中可以看出，加速度又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载，该单元每个节峰值均出现在前lOs之内，分别为一14．73rrds、一10．83rrds、一点具有6个自由度。15．25m／s。。基础采用solid45单元，该单元用于构造三维实体结构，单元通过8个节点来定义，每个节点有3个方向的平移自由度。加强圈采用beam188单元，该单元是三维线性(2节点)或者二次梁单元，每个节点有六个或者七个自由度。当KEYOPT(1)=o(缺省)时

6、，每个节点有六个自由度，当KEYOPT(1)=l时，每个节点有七个自由度，这时引入了第七个自由度(横截面的翘曲)。图2储罐简图一28一(三)提离分析储罐在E1Centro波的地震响应过程中，底板边缘在6．8s时有最大提离，最大提离高度为0．265m。最大提离点的提离一m，s一捌曩位移曲线如图7所示，此时的底板提离区域云图如柏图伯8伯所示¨，佃86从图中可以看出提离区域成月牙形，另外从分析中还发现储罐底板边缘沿环向的提离位移分布随时间的变化而改变，底板边缘各点均会发生提离。在储罐出现最大提离时，从底板中心到最大提离点生成路径，提取沿该路径的应力强度变化曲线，如图9所

7、示。从图036●12151．S‘．S’．S10．513．5中可以看出在储罐底板发生提离的区域应力强度急剧增大。Tl3l图3节点649x方向加速度时程曲线^I^VALU7I＼，、¨^}J—l1LJ『lnf』’．』＼jIf1l『’．J

8、●Ij1f＼JIJ，{一＼●I，●●●，UL．I‘．

9、1．1u．Iu．I口鱼T0036912151．54．S'．510．510．5图4节点1097x方向加速度时程曲线TI理l～0一‘一，一l11．l1．W茜谴，L⋯{lO‘口址151．S‘+5'．S1O．5i0．5Tfl图5节点1641x方向加速度时程曲线图8储罐底板6．8s时提离区域云

10、图(zl0