全容式lng储罐混凝土外罐的罐壁罐顶厚度取值研究

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1、l6石油工程建设李金光，郑建华，姚国明，李林凯(中国寰球工程公司，北京100029)摘要：全容式LNG储罐的混凝土外罐是由圆形底板、圆柱形预应力罐壁和穹形罐顶组成的超静定结构。在进行混凝土外罐的有限元分析时．必须先确定外罐的几何尺寸．这些几何尺寸的合理与否关系到计算分析的效率。通过对外罐在起控制作用的荷载作用下的受力特性分析．结合不同设计极限状态下的强度和正常使用要求及各自的荷载系数．推导了罐顶厚度、罐顶腋部厚度和罐壁厚度的计算公式。研究结果已应用到江苏LNG、大连LNG的工程设计中．证明是正确的关键词：全容式LNG储罐；外罐；厚度取值；有

2、限元分析doi：10．3969／j．issn．1001-2206．2012．03．0050弓l言在各个工况下的力学特性．而必须借助有限元方法全容式LNG储罐是由钢质内罐和混凝土外罐来对其进行大量的数值分析在进行混凝土外罐的组成的联合体(见图1)【n．其内罐作为主容器用来有限元分析时，必须先确定外罐的几何尺寸．建立盛装低温LNG液体；混凝土外罐作为次级容器．分析模型．然后才能进行各种荷载工况的受力分为LNG的存储提供安全的内部操作环境．保护内析。这些几何尺寸的合理与否关系到计算分析的效罐免遭外部灾难事件的破坏．且在内罐破裂时能提率．若尺寸不合

3、适，还需修改模型．重新分析供安全保护，防止液体泄漏到罐外。本文通过对外罐在起控制作用的荷载作用下的受力特性分析．结合不同设计极限状态下的强度和正常使用要求及各自的荷载系数．推导了罐顶厚度、罐顶腋部厚度和罐壁厚度的计算公式。罐壁1混凝土外罐的基本尺寸和计算参数罐壁1．1混凝土外罐的基本尺寸混凝土外罐的基本尺寸见图2图1全容式LNG储罐示意混凝土外罐是由圆形底板、圆柱形预应力罐壁和穹形罐顶组成的超静定结构．且其受力状况比较复杂，既要承受正常操作荷载、试水试压等施工荷注：D为外罐的内直径，m；t为罐顶中心部位的厚度，m；th为罐载的作用，还要承受

4、外部爆炸荷载、飞行物冲击、顶腋部的厚度／m；t为罐壁的厚度／m；0为罐顶腋部的倾角／地震、外部火灾和内罐泄漏等异常作用，因此，在(。)；R为罐顶的曲率半径／m，一般情况下，R的取值为(0．8～1．2)D。对其进行工程设计时．无法通过简单的分析获得其图2混凝土外罐的几何尺寸第38卷第3期李金光等：全容式LNG储罐混凝土外罐的罐壁罐顶厚度取值研究171．2对厚度取值起控制作用的荷载工况常操作阶段的蒸气内压q(kPa)和气压试验时的对混凝土外罐的截面厚度取值起控制作用的荷气体内压q(kPa)。其计算原则为：载主要有：(1)承载力极限状态(ULS)

5、计算，允许混凝(1)罐顶混凝土自重q，其计算公式为qc=P。土受拉开裂，拉力全部由钢筋承担。gt／1000kPa)，可近似取qc=25f，该荷载使罐顶(2)正常使用极限状态(SLS)计算，不允许截面受压(式中P。为混凝土密度／(kg／m~)，g为重混凝土受拉开裂．拉力由钢筋和混凝土共同承担。力加速度，取9．81(m／s2)，t为罐顶厚度／m)。2．1．1ULS状态计算(2)正常操作阶段的蒸气内压q(kPa)，一般内压使罐顶受拉．自重使罐顶受压．因此荷载取29kPa．该荷载使罐顶和罐壁截面受拉。组合后的值qurs应取下面两组组合g、g中的较大

6、(3)气压试验时的气体内压q，，一般取1．25值。倍的蒸气内压，即36．25kPa，该荷载使罐顶和罐gl=M(ULS)q一。(ULS)q=壁截面受拉1．2×36．25—1．0×25t=43．5—25￡(kPa)(4)内罐泄漏后液体对罐壁的静水压力钆，q2=(ULS)g一(ULS)q=计算公式为qL=pLgH／1000(kPa)，该荷载使罐1．4×29—1．0×25t=40．6—25t(kPa)壁截面受拉(式中P为液体密度／(kg／m，)，H为液可见，ql>q2，故令q吣=q1。体高度，m)。罐顶截面单位宽度上的拉力‰(kN)：(5)施加于罐

7、壁的环向预应力荷载q，该荷：×tr×1．0：坠(1)二载除用来平衡蒸气内压口和静水压力qL对罐壁产r截面所需的钢筋面积为A(mm)：生的拉力外．还对罐壁施加lMPat31的附加压应力。A：：：二2一×1000(2)，,mtt，’JrzJy1．3各荷载工况对应的荷载系数式中钢筋的抗拉强度设计值／MPa。在设计极限状态ULS(承载力极限状态)和．2．1．2SLS状态计算SLS(正常使用极限状态)条件下．各荷载工况对g1=(SLS)q一。(SLS)q应于外罐的罐顶和罐壁有不同的荷载系数．分述如=1．0×36．25—1．0×25t=36．25—25

8、t下：q2=(SLS)g一(SLS)q。(1)混凝土自重荷载系数，对SLS状态计=1．0×29—1．0×25t=29—25t算，取1．O：对ULS状态计算，因为自重使罐顶受可见，