论文部分内容阅读
现代工业应用大型液化天然气(简称LNG)储液罐越来越广泛,且由于各种社会条件和环境因素的限制,大多建在地震区,在地震的作用下极易发生破坏,储罐破坏一旦发生则很可能会导致罐体爆炸、引发火灾和污染环境等其他次生灾害,造成的经济损失和人员伤亡惨重。因此,开展对近场地震作用下的LNG储液罐研究迫在眉睫。工程界对其抗震性能的研究多集中在水平单向地震作用下的性能,而竖向地震作用下的性能研究相对较少。因此,本文应用有限元分析方法对铅芯橡胶支座-LNG储液罐结构在近场三向地震作用下的动力响应进行研究。研究重点则是在三向地震作用下如何并分析地震动力响应。论文应用ABAQUS有限元分析程序采用CEL算法建立了1000立方米LNG储液罐流固耦合模型,研究了储液罐在近、远场三向地震作用下隔震与非隔震的地震响应。通过与试验结果的对比分析,验证了有限元模型的可靠性。研究结论如下:(1)在近场与远场三向地震波的作用下,对隔震、非隔震储液罐基底剪力、基底倾覆弯矩和晃动波高对比分析。EL Centro波、茂县地办波、卧龙波、武都波和人工波作用下隔震储罐基底剪力减震率分别为83.44%、69.56%、71.30%、74.29%和65.43%,基底倾覆弯矩减震率分别为67.35%、62.92%、72.31%、66.92%和69.44%,基底剪力与基底倾覆弯矩都显著减小,减震效果明显。三向近场与远场地震波作用下的减震效果没有显著区分;晃动波高的影响为,EL Centro波放大4.57%,茂县地办波减小6.69%,汶川卧龙波放大33.92%,汶川武都波放大22.25%,人工波减小9.4%。这说明隔震后的液面没有明显减小,甚至出现液面晃动放大现象。(2)在三向地震波作用下,水平向非隔震储液罐的加速度沿着储罐罐壁高度变化趋势均是从底部先增大,在储罐结构中部为加速度最大,随着接近液面处,加速度开始减小,在液面以上部分,储罐罐壁的加速度迅速减小。采用隔震后,五种地震波作用下储罐加速度减震率分别为72.98%、77.6%、65%、60.27%、73.5%,隔震效果较好,加速度沿罐壁高度方向在变化范围很小。竖向非隔震储液罐在地震波作用下,加速度沿罐壁方向相对于输入加速度有放大效应,并且随着罐壁高度增加罐壁加速度增大;隔震时,罐壁相对于输入地震波,有减小效应,并且加速度沿储液罐罐壁高度变化近乎垂直变化。(3)对于位移反应来说,水平向非隔震储罐沿罐壁高度方向均呈现线性变化,非隔震的罐壁位移反应从罐底到罐顶位移差值很大。对于隔震结构,位移沿罐壁高度方向在变化不大,位移反应近乎整体平动。竖直方向,隔震与非隔震储液罐均在竖向做上下整体刚体运动,并且隔震的竖向位移要比非隔震位移要小。远场地震波隔震后竖向位移要比近场地震波隔震位移要明显小很多,因此水平向无论远场地震波还是近场地震波,水平向都有良好的隔震效果;在竖向,隔震效果远场地震波要好于近场地震波。(4)储液罐罐壁应力包括等效应力、罐壁平均截面应力、环向应力与轴向应力分析。在非隔震时,应力最大部位均在储液罐底部位置,沿着储液罐高度的增加而减小。隔震时,同样罐壁应力最大处为距离罐底位置,沿着储液罐高度的增加而减小。从隔震效果看,隔震支座要好于非隔震支座。等效应力、罐壁平均界面应力和环向应力在远场地震波作用下隔震效果要好于在近场地震波作用下。轴向应力在远场地震波与近场地震波作用下隔震区分不是很明显。