【精品】大型储液罐地震反应的研究

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1、大型储液罐地震反应的研究摘要近二十几年来，许多国家都增加了原油的储备量，储液罐的应用日益广泛，立式钢制储液罐成为石油储运中重要的工业设施，其容积越来越大，近几年建造的100000m'金属薄壁储液罐甚为普遍。能源是国民生活和经济发展的原动力，由于能源危机，确保能源的稳定供应则成了所有先进工业国的重要课题之一。第一次石油危机以后，国际能源机构（简称IEA）曾劝告各参加国，要在1980年初将本国的石油储备水平提高到90天。现在，IEA参加国的储备水平平均达到约168天的高水平。由于能源储备量的增加，就迫使许多国家要建造更多、更大的油罐。石油是最重要的能源

2、和化工原料，我国近几年油罐建设发展迅速，而且大型立式储罐以其不可替代的优点成为储罐发展的趋势目前，我国在建和拟建的某些油库,尤其是国家储备库，库容大都在lOOxioh的量级以上有的甚至规划了2000x10m单罐容积小则5x10m大则15x10m地震载荷又正不断的威胁着储罐的大型化储液罐尤其大型储液罐是石油化工设备中震害最大的设备之一，历史上每次强震过后，都有不少储液罐遭受破坏叫。石油化工设备通常加工处理和储运易燃、易爆或有毒的介质，很多设备还处于高温高压的工作条件下，且设备本身比较昂贵，地震时一旦受到损坏而停产，不仅受到巨大的经济损失，而且还

3、易导致火灾、爆炸以及环境污染等二次灾害，还可能引起城市瘫痪等三次灾害。因此对储液罐的深入研究和其相应的抗震措施的实施是储液罐大型化中急需解决的问题。对于立式油罐来说，最重要的部位也是受力状况最严重、消耗金属最多的部位是罐壁和罐底的边板。在储液的静水压力作用下，不同高度处的壁板所受的外载荷是不同的，因此在设计油罐时，靠下部的一部分壁板的厚度应根据强度条件确定，而上部几圈壁板的厚度则按刚性条件确定，即按最小壁厚确定。由强度条件确定的罐壁、罐底的边板、开口接管、补强板等原则上应选择同一种钢材。地震的成因比较复杂，其中地幔对流学说、地球自转动力学说能较好地

4、说明地震现象，因而为多数人接受。一般认为，地震是由板块构造引起的，它是地壳岩石中长期积累的应变能在瞬时变换为动能的结果。地震时从震源引起的振动以弹性波的形式向周围传播，这种运载能量的弹性波称为地震波。通常地震波可以分成体波和面波两种，体波中又可分成纵波和横波。所谓纵波是指波的传播方向与质点的振动方向一致，而横波则是其传播方向与振动方向垂直。面波分成R波和Q波两种。R波又称为瑞雷波，它的特点、是质点、在波的传播方向和地表面法向所组成的平面内作椭圆运动；而Q波（又称波夫波）是质点在与传播方向相垂直的水平方向运动。由于地层结构的复杂性，地震时各种波在地层

5、中反射、折射、绕射、弥散和叠加后，使地面发生不规则运动，因而很难区分上述的各种波。但一般来讲，纵波造成容器的上、下振动，而横波和面波造成塔式容器的晃动，有时甚至是扭动。另外纵波的传播速度较快，其波速大约是横波的1.7倍。所以一般而言在一次地震时，纵波首先到达容器所在地使容器上下振动，而后横波到达后容器在开始晃动。储液罐的抗震研究主要包括震害调查、理论分析、实验研究和工程应用等几个方面，始于上个世纪30年代中期，经过半个多世纪的努力，有些研究成果已比较成熟，但许多方面还没有一致的理论分析结果，如对锚固储液罐线弹性方面不少研究成果已比较成熟⑷，这是因为

6、锚固储液罐可以利用圆柱壳对称性将空间问题转化为一维问题求解使问题变得大为简化，但对常见的浮放罐在理论分析中必须采用非线性移动边界理论求解三维动力问题，所以极为复杂，在实验方面难以真实的模拟储液罐在地震中的提离响应、失稳破坏过程的震害现象。至今对浮放罐抗震特性的研究还局限于比较片面的认识，尽管许多国家已经形成了自己的抗震规范，但仍有许多储液罐在地震中遭到破坏，因此对大型储液罐的抗震研究还有许多工作要做。近些年发展起来的数值计算方法，越来越多的被应用于储罐的地震反应研究领域。有限单元法在储罐的分析过程中起着非常重要的作用。在分析过程中将按照如下的三部分

7、内容进行分析：一、前置处理：（1）建立有限元素模型所需输入的资料，如节点、坐标资料、元素内节点排列次序。（2）材料特性。（3）元素切割的产生。（4）边界条件。（5）负载条件。二、解题程序：（1）元素刚度矩阵计算［K］。（2）系统外力向量的组合{F}。（3）线性代数方程［K］{U}={F}o（4）通过资料反算法求应力、应变、反作用力等。三、后置处理：将解题部分所得的解答如：应变、应力、反力等资料，通过图形接口以各种不同表示方式把等位移图、等应力图等显示出来。Ansys软件在结构动力学和计算流体力学分析方面主要包括模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、

8、谱分析等。本文对地震载荷下的油气储罐进行分析，属于结构动力学，而结构动力学分析属于结构分析的范畴，在Ansys中，结构动力