大型LNG储罐风荷载作用下有限元分析.pdf

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1、周波等：大型LNG储罐风荷载作用下有限元分析57大型LNG储罐风荷载作用下有限元分析周波，杨建江，王锐(天津大学建筑工程学院．天津300072)【摘要】应用有限元软件对国内某工程中的LNG储罐进行有限元分析，对其在重力、预应力、风荷载作用下进行了各向应力随外罐壁高度变化的计算分析。分析表明风荷载不起控制作用，并针对在设计和建造中的受力薄弱部位提出了一些建议，给相关工程设计研究人员提供参考。【关键词】LNG储罐；有限元；风荷载【中图分类号】TU311．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2011)12—

2、0057一o3THEFINITEELEMENTANALYSISFoRWINDLoADOFLARGE．SCALELNGSToRAGETANKZHOUBo，rANGJian-jiang，WANGRui(DepartmentofCivilEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：InthisarticlethefiniteelementsoftwareisusedtoanalyzeaLNGstoragetankwhichwasbuiltinchi

3、na，inthecaseofself-we：ight，prestressandwind，therelevancebetweendirectionalstressandheightiscalculatedandanalyzed．Asisshown，windloadhaslittleefectontheresults，andmadeseveralrecommendationsforthedesignandconstructionoftheweakparts．Itcanprovidereferencesforengine

4、eringdesignandstudy．Keywords：LNGstoragetank；finiteelement；windload1工程概况某工程采用全容罐的结构形式，可容纳l6万m液化天然气的储罐，外罐高度为40．5m，内径为40m，壳体厚度800mm，顶部环梁高2．1m，厚度1100mm，穹顶内弧半径80m，厚度400ram，内罐高度为37．9m，承台为变截面，最厚处为1200mm，最薄处为700mm。●2ANSYS有限元模型大型LNG储罐的外罐体是一种典型的薄壳结构，它的图1大型1G储罐有限元分析模型厚度最

5、薄处与其直径之比很小，有限元分析时外罐体选用SHELL63壳单元，但由于穹顶与外罐壁相交：点处受力复2006中指出，LNG储罐的荷载分为正常作用(永久荷载和可杂，且截面形状特殊，为了得到更准确的结果，节点部位采变荷载)及偶然作用两种情况，其中，永久荷载包括混凝土、用SOLID45实体单元。壳单元既具有弯曲能力又具有膜钢及绝热构件、管路、配件、辅助设备及固定设备的自重、预力，可以承受平面内荷载和法向荷载，该单元每个节点具有应力局部作用，可变荷载包括产品荷载、外加荷载、风荷载、6个自由度：沿节点坐标系、y、z方向的平动

6、和沿节点坐雪荷载、绝热压力、设计内部正(负)压力、沉降作用、施工荷标系、l，、z轴的转动。实体单元可模拟单一材料的三维实载、运行基准地震等。针对储罐处于的不同阶段(施工、正体模型，该单元具有8个节点，每个节点有3个自由度，即常使用)将荷载组合成不同的分析工况。在荷载组合时，也，l，，z三个方向的线位移。壳单元与实体单元当仅共用节可参考BSEN14620：2006中给出的公式进行组合⋯。在本点时其连接可认为是铰接，而实际是刚性连接的，刚性连接文计算分析中主要考虑的荷载包括结构的自重、预应力、风可以通过约束方程来实现，

7、在此可采用创建刚性区自动建荷载，这些荷载均为不利荷载，永久荷载组合分项系数取立约束方程。建立的有限元模型如图1所示，边界条件为外1．05，可变分项荷载系数也取为1．05。罐壁底端所有节点固结。为了方便在有限元模型中施加预应力，环向预应力可3外罐壁有限元分析采用等效围压法，即将环向预应力筋产生的预应力作用效(1)荷载的取值及组合。在英国规范BSEN14620：果等效于外罐壁表面的面力，同时竖向预应力可等效成集58低温建筑技术2011年第l2期(总第162期)中力，并将此集中力施加于环梁顶部相应位置。根据实际—1m的范

8、围内压应力由4．0MPa减小至3．5MPa，在1～12m工程经验和公式计算，竖向等效集中力取值为1439．5kN，环范围内递增至最大压应力值7．4MPa，12—40．5m范围压应向等效围压值可按表1取值。力逐渐降为1．5MPa；罐体外壁底部由于固定约束的作用使其环向受拉，拉应力值为1．0MPa，超过0．8m后，外壁呈受表1等效围压值压状态，在9m处出现最大压