全容式lng储罐的混凝土外罐在预应力荷载作用下的计算分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com22CHE虹CALENGINEERGDESIGN全容式LNG储罐的混凝土外罐在预应力荷载作用下的计算分析李金光宋延杰郑建华中国寰球工程公司北京100029摘要通过三维有限元分析技术对某全容式LNG储罐的混凝土外罐在预应力荷载作用下的力学性能进行计算分析，对其整体性能和受力特点进行总结，分析结果对预应力方案的优化和最终确定具有参考意义。关键词全容式储罐混凝土外罐预应力在全容式LNG储罐设施中，混凝土外罐是非应力⋯。常重要的结构，一方面它提供储罐正常运营的操预应力方案的应力水平不宜小于

2、上述四类荷作环境，另一方面也为储罐的安全性提供最后一载组合后的值。道屏障，在内罐遭受破坏时保证罐区不发生大的次生灾害。混凝土外罐结构体系中，其圆柱形罐2计算实例壁为最重要部分。在正常操作状态下，内部蒸汽2．1储罐基本参数压力的作用使罐壁处于轴心受拉状态；在内罐大泄漏情况下，低温液体的静水压力作用使罐壁处全容式LNG储罐形状见图1。于受拉状态，且低温液体与罐壁内侧直接接触使以某1．6×10m。全容式LNG储罐为例，外罐罐壁内外产生巨大温差，造成罐壁内侧产生较大内直径D为82m，罐壁高度H为38．55m，壁厚t拉应力作用

3、。由此可见，混凝土罐壁始终处于非为0．8m，罐顶厚度中心t为0．4m，罐顶腋部厚度常不利的受拉状态，且该状态也不利于混凝土材t为0．8m，罐顶半径R为82m，底板中心厚度t料性能的充分发挥。为确保混凝土外罐造价经济，为0．9m，底板边缘厚度t为1．2m；C50混凝土密受力合理，提高混凝土外罐的受力性能，满足外度p。为2500kg／m。；内罐泄漏后的液位H为罐的功能性要求，在进行外罐设计时通常都应对33．3m，液体密度pL为480kg／m。，蒸汽压力q为罐壁施加预应力，这也是国外的LNG储罐设计规范推荐的技术方案l2J

4、。29kPa。1预应力设计方案的计算要点在确定罐壁的预应力设计方案时应考虑下列荷载作用：(1)内部蒸汽设计压力(290Mbar)对罐壁产生的竖向拉力和环向拉力。(2)罐顶自重、钢结构网壳自重、吊顶自重、吊顶保温材料自重、罐顶上部结构自重、罐顶管图1全容式LNG储罐基本几何尺寸道设备自重和罐顶活荷载对罐壁产生的竖向压力2．2预应力设计方案及对罐壁顶部产生的环向拉力。依据上述预应力设计方案的计算要点，设计(3)内罐泄漏后液体对罐壁的静水压力产生的环向拉力。阶段初步确定的环向预应力方案沿罐壁高度分布(4)罐壁的液密性要求所

5、需的1MPa残余压图见图2。李金光：高级工程师。2001年毕业于武汉大学工程力学专业获硕士学位。现主要从事LNG储罐的设计计算工作。联系电话13810651595，E—mail：lijinguang@hqeee．corn。学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com李金光等全容式LNG储罐的混凝土外罐在预应力荷载作用下的计算分析25(2)从图l0可见，底板与罐壁相交区域，底区域，内侧环向应力为一3．59MPa，外侧环向应力板的内侧径向应力为一6．00MP

6、a，外侧径向应力为为一3．89MPa，弯矩几乎为零。+5．00MPa，正弯矩很大(1．3×10。N·m)；在底4结语板中心区域，底板的内侧径向应力为一0．65MPa，外侧径向应力为一0．60MPa，弯矩几乎为零。确定全容式LNG储罐的混凝土外罐预应力方(3)从图ll可见，底板与罐壁相交区域，底案是进行外罐模型分析和工程设计的前提条件，板的内侧环向应力为一2．00MPa，外侧环向应力为预应力方案的取值是否合适与外罐的设计进度和+1．00MPa，正弯矩较大(0．4×10。N·m)；底板配筋方案密切相关。算例中的计算结果表

7、明：中心区域，底板的内侧环向应力为一0．60MPa，外(1)在底板与罐壁的相交区域，水平向预应侧环向应力为一0．60MPa，弯矩几乎为零。力对其影响非常大，分别在其径向和环向产生非(4)从图l2可见，罐壁根部的内侧环向应力常大的正弯矩作用，故该部分截面在配筋计算时为一3．70MPa，外侧环向应力为+0．90MPa，截面应重点关注，很可能会出现配筋量非常大的情况，产生较大的正弯矩(0．3×10。N·m)；离底板顶面若配筋不好布置，则应考虑加大此处底板的厚度。约8．5m处，内侧环向应力为一9．90MPa，外侧环(2)在底

8、板的中心区域，预应力的影响很小，向应力为一11．20MPa，截面产生很小的负弯矩几乎可以忽略不计。(一0．07×10。N·m)，但主要为受压，且压应力很(3)在罐壁根部，水平向预应力对其影响非大；在环梁与罐壁的交接处(离底板顶面约常大，分别在其竖向和环向产生非常大的正弯矩36．84m处)，内侧环向应力为一4．70MPa，外侧环作用，故该部分截面