非锚固大型立式浮顶储液罐振动响应分析.pdf

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1、茧莉等：非锚固大型立式浮顶储液罐振动响应分析57非锚固大型立式浮顶储液罐振动响应分析董莉，张博一(1．哈尔滨工业大学建筑设计研究院，哈尔滨150090；2．哈尔滨工业大学土木工程学院．哈尔滨150090)【摘要】通过有限元软件ANSYS建立了浮顶储液罐的有限元模型，对模型罐液固耦合情况进行模态分析，提取模型罐液固耦合一阶频率为16．330Hz，与文献振动台试验通过白噪声扫频得到的罐体的一阶耦合频率14．335Hz在误差允许范围内一致，验证了有限元模型的可靠性，并为计算结构阻尼提供参数。通过有限元计

2、算，从加速度、应变、晃动波高等诸多方面对比试验与数值模拟的结果，在满足研究内容的精度范围内，无论是波形还是峰值都比较相似，比较全面和系统的验证了该模型罐的可靠性。为后面模型罐以及原型罐相关的研究做好铺垫和技术支持。【关键词】工字钢梁；整体稳定系数；极限弯矩；正则化长细比【中图分类号】TU391【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)04—0057—030引言10万m原型储油罐的实际响应问题还要通过数值模储油罐作为储存石油的结构，其安全性，重要性拟的方法给予补充和完善，许多非常重要

3、的研究内容不言而喻，常压立式浮顶储油罐是我国现今应用最广也需要通过数值模拟的方式详细、定量地给出。泛的一种储液罐结构。在地震作用下，罐体会产生位本文应用有限元软件ANSYS建立与文献[6]振移、应力等响应，严重时会导致罐体破坏，引发一系列动台试验相同尺寸、材料类型的有限元模型，通过模直接和次生灾害。。储油罐已有较长研究历史，国态分析和选取振动台试验中比较典型的地震波作用内外研究已取得很多宝贵的研究成果，然而由于罐体下罐体的加速度、应变等研究内容的响应进行对比和结构的研究涉及到薄壁壳结构、流固耦合等

4、诸多方分析，全面地验证所建立的有限元模型的可靠性，为面，结构形式较复杂，单纯的振动台试验由于结构无大型储油罐的分析做好模型的技术支持，并通过与试法完全按照相似定理进行，致使试验并不能完全反应验数据的对比寻求研究内容的内在分布规律。结构真实状态的响应，随着近些年来计算机仿真技术1有限元模型的建立的发展，为储油罐的研究提供了新的途径，振动台试模型罐有限元模型采用与文献振动台试验相验与数值模拟相结合的研究方式已成为这一领域研同的几何尺寸，罐体各部分几何尺寸如表1所示，罐究方法的主流，使得研究结果更加准确

5、可靠。体、基础、抗风圈及加强圈的尺寸和位置如图1所示。文献[6]进行了l0万nl储油罐1：20缩尺的振动罐体主体(即罐壁、罐底、抗风圈、加强圈)采用Q235B台试验，考察了三向地震波作用下罐体各部位加速钢材，弹性模量E为2．06×10“N／m2，钢材密度为度、位移、应力应变等响应，考虑了罐体一液体一基础7800kg／m3，泊松比0．3，屈服强度2．35l0。N／ll12，建立环墙的耦合作用，采用了比较典型的三向ElCentro波模型采用Shelll81壳单元，材料模型选用双线性随动和比较符合我国地

6、基情况的在汶川地震中采集到的强化模型(BISO)，罐内液体为水，体积模量K为3x三向卧龙波作为输入，得到了各测点加速度等测试内l0N／Inz，粘性系数0．00113N·S／m，密度1000kg／m3，容的分布规律。然而，由于储液罐结构薄壁变截面的液体采用Fluid80单元；钢筋混凝土环墙及中砂垫层，特殊性，不能完全按照相似定律缩尺比进行推导，对混凝土环墙采用Solid65单元，材料模型采用多线性等于有些研究内容只能定性地给出分布规律。因此向强化模型(MISO)，体积配筋率均取0．016，混凝土比分

7、析[J]．建筑结构学报，2013．34(s1)：21—27．[9]JTGI)62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规[4]JTG1)60—2004，公路桥涵设计通用规范[s]．、范[s]．[5]GB50917—2013。钢一混凝土组合桥梁设计规范[s]．[6]胡夏闵．欧洲规范4钢一混凝土组合粱设计方法(1)一设汁基础和材料性能[J]．工业建筑。1995，25(9)：53—57．(收稿日期]2013—12—3O[7]王新敏．ANSYS工程结构数值分析[M]．北京：人民交通出版[作者简介

8、】王元清(1963一)，男，安徽霍山人，博士，教授，从礼，2007．事钢结构研究。【8]GB50017—2003，中国钢结构规范[S]．58低濉缱筑技术20I4‘第4炜1(总190j；lI)强度等级为C30，抗压强度．厂=14．3MPa，钢筋采用理想弹塑性模型，砂：L垫层采用Solid45单元，密度1600kg／m，弹性模量3×10N／m，浮顶有限元模型采用实体单元Solid65，材料模型采用线弹性模型。(n)罐体几何尺寸—哥ir，d1-(c)液吲耦合三阶摸态(d)液同耦合四阶模态