随着我国经济的发展,石油的需求和贮备量不断增长。立式拱顶储油罐是最普遍的罐型之一。当储油罐处于池火灾环境下,油罐罐壁在火焰的烘烤下温度迅速上升,罐体强度随着温度的升高而降低。因罐体内油液在高温下不断蒸发,压力不断增大,而罐体材料强度降低,储罐有发生爆炸的危险。储油罐一旦发生爆炸,对救援人员、现场设备及其它储油罐都会造成一定的伤害或影响。储罐罐体由多块折弯钢板焊接而成,储罐焊缝强度对罐体强度有重要影响。尤其是为了降低爆炸危害程度而设置的上顶部弱化焊缝,其破坏极限即为储罐爆炸极限。因此对池火灾场景下储油罐爆炸进行有限元计算及可靠性分析,定量化得出罐顶弱化焊缝的破坏机理具有重要意义。本文对池火灾场景下立式储罐进行了热弹耦合有限元计算,在此基础上,基于可靠性理论对火灾热源过程参数、储罐结构尺寸参数、储罐物性参数进行了定量化可靠性灵敏度分析。对储罐“弱连接结构”处焊缝进行微晶有限元计算,揭示其高温爆炸塑性变形过程及热疲劳失效累积机理。对储罐焊缝进行了不同温度下的拉伸失效实验,验证了有限元计算模型的可靠性。具体工作有:(1)建立了包括“弱连接结构”焊缝在内的立式拱顶储罐三维有限元模型,根据实际工况,施加罐体自重、储油液压、饱和蒸汽压、热对流和热辐射等载荷条件,对储罐进行热弹耦合有限元计算,得出了池火灾场景下储罐温度场、热应力和热应变分布云图;(2)利用PDS概率计算模块,基于蒙特卡罗法对池火灾场景下储罐热-结构参数进行可靠性灵敏度评估,定量化得出了不同参数对池火灾场景下储罐使役破坏的影响程度;(3)对储油罐“弱连接结构”处焊缝进行不同温度下的拉伸实验,将模拟结果与实验数据对比,验证了有限元计算模型的有效性;(4)对焊缝进行微晶有限元计算,得出其在爆炸屈曲塑性过程中的微晶组织变化,有效揭示了储罐焊缝池火灾场景下微晶塑性变形行为与失效机理;(5)以池火灾场景下储罐的热弹耦合有限元计算分析为基础,使用N-code软件对高温下的储油罐进行热疲劳分析,得出了储油罐整体损伤和寿命。