大型鋼制儲(chǔ)液罐在地震激勵(lì)下的強(qiáng)度與穩(wěn)定性研究.pdf

1、大型鋼制儲(chǔ)液罐是我國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的核心設(shè)施，而我國(guó)有多達(dá)9個(gè)石油儲(chǔ)備基地的抗震設(shè)防烈度達(dá)到或超過(guò)7度，儲(chǔ)液罐的抗震安全性正成為我國(guó)國(guó)家能源供給與經(jīng)濟(jì)安全的保障。在1964年的Alaska地震以后，儲(chǔ)液罐的抗震設(shè)計(jì)開(kāi)始以反應(yīng)譜理論為基礎(chǔ)，并以許用壓應(yīng)力為基準(zhǔn)進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，但儲(chǔ)液罐的震害事故仍時(shí)有發(fā)生。儲(chǔ)液罐的設(shè)計(jì)地震力由設(shè)防地震下的彈性地震力采用折減系數(shù)確定，各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)該系數(shù)的取值存在一定爭(zhēng)議，而儲(chǔ)液罐設(shè)計(jì)規(guī)范現(xiàn)所采用的靜力穩(wěn)定校

2、核方式，也不足以全面反映地震動(dòng)的不確定性與復(fù)雜頻譜特性。上述問(wèn)題至今仍未得到很好解決，因此，確定合理的地震力折減系數(shù)以及探索高效的動(dòng)力穩(wěn)定性分析手段，具有重要理論意義與工程實(shí)用價(jià)值。
　　本文將分別提出動(dòng)力推覆方法、Floquet乘子法、Lyapunov指數(shù)法三類分析方法，就鋼制儲(chǔ)液罐的地震力折減系數(shù)、動(dòng)力不穩(wěn)定域以及動(dòng)力失穩(wěn)概率進(jìn)行深入研究:
　　考慮多維地震影響并采用Rayleigh阻尼假定，從“位移-壓力”格式的流固耦

3、合方程出發(fā)，推導(dǎo)出壓力凝聚模型的動(dòng)力平衡方程，并就流固耦合系統(tǒng)模態(tài)特性在壓力凝聚前后的一致性進(jìn)行了證明。以Clough模型罐為例，分別從模態(tài)特性與時(shí)程分析結(jié)果驗(yàn)證了壓力凝聚模型的有效性。分析了10萬(wàn)方浮頂儲(chǔ)液罐與5萬(wàn)方拱頂儲(chǔ)液罐的主模態(tài)特性，重點(diǎn)考察了抗風(fēng)圈、拱頂網(wǎng)殼等附屬件的影響。
　　考慮重力影響并合并同頻模態(tài)，由壓力凝聚模型導(dǎo)出性能曲線的投影方程，通過(guò)控制諧波參數(shù)，實(shí)現(xiàn)流固耦合系統(tǒng)的單向動(dòng)力推覆。以10萬(wàn)方浮頂儲(chǔ)液罐為例，通

4、過(guò)對(duì)比廣義本構(gòu)模型與流固耦合模型的時(shí)程分析結(jié)果，驗(yàn)證了動(dòng)力推覆方法的有效性?；趧?dòng)力推覆分析歸納了11種浮頂儲(chǔ)液罐的冪次失效模型，以此構(gòu)建等向強(qiáng)化的單自由度恢復(fù)力模型，選擇40條最不利地震波，在特定延性下迭代求解儲(chǔ)液罐的地震力折減系數(shù)，就規(guī)范GB50341、SH/T3026中地震力折減系數(shù)取值的合理性進(jìn)行了討論。
　　從“位移-壓力”格式的流固耦合方程出發(fā)，以周期變化的幾何剛度矩陣考慮殼體應(yīng)力變化，基于壓力凝聚模型，建立儲(chǔ)液罐在簡(jiǎn)

5、諧地面加速度下的周期系數(shù)擾動(dòng)方程，通過(guò)計(jì)算Floquet乘子，遞歸搜尋動(dòng)力不穩(wěn)定域邊界。以Chiba模型罐為例，基于模型試驗(yàn)結(jié)果與B-R準(zhǔn)則法分析結(jié)果共同驗(yàn)證了Floquet乘子法的有效性。選擇三類典型大型鋼制儲(chǔ)液罐作為分析對(duì)象，系統(tǒng)研究了靜液壓、儲(chǔ)液密度、儲(chǔ)液深度、抗風(fēng)圈、網(wǎng)殼連接模式、隔震參數(shù)等因素對(duì)鋼制儲(chǔ)液罐動(dòng)力不穩(wěn)定域的影響。
　　從“位移-壓力”格式的流固耦合方程出發(fā)，以時(shí)變幾何剛度矩陣考慮殼體應(yīng)力變化，基于壓力凝聚模型

6、，建立儲(chǔ)液罐在地震激勵(lì)下的等效動(dòng)力擾動(dòng)方程，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整擾動(dòng)向量模長(zhǎng)步進(jìn)求解動(dòng)態(tài)Lyapunov指數(shù)，據(jù)此確定儲(chǔ)液罐的臨界地震動(dòng)峰值加速度以及動(dòng)力失穩(wěn)概率。以10萬(wàn)方浮頂儲(chǔ)液罐為例，在簡(jiǎn)諧激勵(lì)與地震激勵(lì)下進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定性分析，分別采用Floquet乘子法與B-R準(zhǔn)則法驗(yàn)證了Lyapunov指數(shù)法的有效性。參考儲(chǔ)液罐的震害報(bào)告，建立多維地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，選擇10萬(wàn)方與5萬(wàn)方鋼制儲(chǔ)液罐作為分析對(duì)象，重點(diǎn)研究了地震動(dòng)多維特性、附屬件設(shè)置、儲(chǔ)液深度等