大型LNG储罐桩—土—结构—隔震体系地震响应分析
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摘要
大型LNG储罐的组成为:预应力混凝土外罐;承台;穹顶;吊顶;绝热层;9%镍钢内罐以及桩基础。正常操作条件下,全容式LNG储罐的钢内罐保存超低温液体,外罐承受来自于外罐顶的荷载,保存内罐泄漏出的超低温液体,并将泄漏液体气化而产生的气体有控制地排出。
本文通过ansys有限元分析软件建立了大型LNG储罐的桩、土以及上部结构整体三维模型,基础选型分为三种:低承台、高承台(承台架空1米左右)、高承台加橡胶隔震支座。各种模型的计算工况均包括:运行基准地震(OBE)、安全停机地震工况(SSE)的加速度峰值条件下,结构在EI-centro波、天津波以及人工波作用下的响应。计算分析了结构在地震作用下,加速度、位移、倾覆力矩以及底部剪力随时间变化的结果。
通过计算得出的结果可以看出,不同的桩基形式对上部结构的影响是不同的。在地震作用下,高、低承台的地震响应差别不大,而隔震体系对上部结构的地震响应有着很大的减震效果,虽然增大了上部结构的整体位移,但是大大降低了地震的加速度响应及应力值。所以考虑高承台加隔震支座的基础形式是更为合理的。对于三种不同的地震波形,模型对EI-centro波的地震响应是最大的,而天津波和人工波的地震响应较小,通过各项地震响应值的对比,给出了各地震波作用下的隔震效率。对桩身的受力特性也进行了分析。
从文中的分析结果可知,选择高承台加隔震模型对上部结构的地震响应及桩身的受力都是有利的。
A Low Temperature LNG Storage Tank consists of external wall of prestressed concrete, pile cap, roof, insulation, inner wall of 9% Ni steel and pile foundation. In normal operation condition, the inner wall contains liquid of extremely low temperature, the external wall bears the load transferred from the roof. The external wall also contains divulged liquid and gas, then discharges them in a controllable method.
The integrated model of LNG tank was established by Ansys, including pile, soil and upper structure. Three different foundation types, which were low cap, high cap and high cap with rubber isolation, were established respectively. The working condition of these models included operation base earthquake(OBE) and safety shutdown earthquake(SSE). Both of them were analyzed under three different earthquake waves. The seismic responses of the models, including acceleration, displacement, overturn moment and bottom shearing force, were analyzed and discussed. The isolation efficiency was discussed by comparing the responses of these models. The stresses of piles were also analyzed.
From the calculating results, it is found that different foundations result in different earthquake responses. There are little differences in the responses of low cap model and high cap model. But isolated model hugely reduces the responses of upper structure though it increases the displacement. The responses under EI-centro wave are higher than that under Tianjin wave and artificial wave. Conclusions are drawn that high cap with isolation model will effectively reduce the seismic responses of upper structure and the stresses of piles.
本文通过ansys有限元分析软件建立了大型LNG储罐的桩、土以及上部结构整体三维模型,基础选型分为三种:低承台、高承台(承台架空1米左右)、高承台加橡胶隔震支座。各种模型的计算工况均包括:运行基准地震(OBE)、安全停机地震工况(SSE)的加速度峰值条件下,结构在EI-centro波、天津波以及人工波作用下的响应。计算分析了结构在地震作用下,加速度、位移、倾覆力矩以及底部剪力随时间变化的结果。
通过计算得出的结果可以看出,不同的桩基形式对上部结构的影响是不同的。在地震作用下,高、低承台的地震响应差别不大,而隔震体系对上部结构的地震响应有着很大的减震效果,虽然增大了上部结构的整体位移,但是大大降低了地震的加速度响应及应力值。所以考虑高承台加隔震支座的基础形式是更为合理的。对于三种不同的地震波形,模型对EI-centro波的地震响应是最大的,而天津波和人工波的地震响应较小,通过各项地震响应值的对比,给出了各地震波作用下的隔震效率。对桩身的受力特性也进行了分析。
从文中的分析结果可知,选择高承台加隔震模型对上部结构的地震响应及桩身的受力都是有利的。
A Low Temperature LNG Storage Tank consists of external wall of prestressed concrete, pile cap, roof, insulation, inner wall of 9% Ni steel and pile foundation. In normal operation condition, the inner wall contains liquid of extremely low temperature, the external wall bears the load transferred from the roof. The external wall also contains divulged liquid and gas, then discharges them in a controllable method.
The integrated model of LNG tank was established by Ansys, including pile, soil and upper structure. Three different foundation types, which were low cap, high cap and high cap with rubber isolation, were established respectively. The working condition of these models included operation base earthquake(OBE) and safety shutdown earthquake(SSE). Both of them were analyzed under three different earthquake waves. The seismic responses of the models, including acceleration, displacement, overturn moment and bottom shearing force, were analyzed and discussed. The isolation efficiency was discussed by comparing the responses of these models. The stresses of piles were also analyzed.
From the calculating results, it is found that different foundations result in different earthquake responses. There are little differences in the responses of low cap model and high cap model. But isolated model hugely reduces the responses of upper structure though it increases the displacement. The responses under EI-centro wave are higher than that under Tianjin wave and artificial wave. Conclusions are drawn that high cap with isolation model will effectively reduce the seismic responses of upper structure and the stresses of piles.
引文
[1]徐至钧,赵锡宏等.建筑桩基设计与计算,北京:机械工业出版社,2009.
[2]陆培炎,陆培炎科技著作及论文选集,北京:科学出版社,2006.
[3]蒋通,田治见宏.地基-结构动力相互作用分析方法,上海:同济大学出版社,2009.
[4]Randolph M J. Analysis of deformation of vertically loaded piles[J]. ASCE, 1978: 1465~1488
[5]蒋通,田治见宏.附加质量法在储液罐动力分析中的应用研究,上海:同济大学出版社,2009.
[6]彭京旗,大型LNG低温储罐施工技术,石油化工建设,2005,27(4):13~14
[7]陆锐,群桩桥梁结构抗震简化计算方法的比较分析,硕士学位论文,同济大学,2001
[8]马德萍,隔震LNG储罐的地震反应分析,[硕士学位论文],哈尔滨工业大学,2007
[9]龚思礼等.建筑抗震设计,北京:中国建筑工业出版社,1994.
[10]王新敏.ANSYS工程结构数值分析,北京:人民交通出版社,2010.
[11]马德萍,隔震LNG储罐的地震反应分析,[硕士学位论文],哈尔滨工业大学,2007.
[12]李冬梅,某核电站安全壳的隔震地震反应分析,[硕士学位论文],哈尔滨工程大学,2007.
[13]杜鹃,大直径钻孔灌注桩群桩效应非线性分析,[硕士学位论文],合肥工业大学,2002:7~16.
[14]王建华,智胜英,低应变条件下桩土相互作用的阻尼系数,岩石力学与工程学报,2007,9(26):1800~1807
[15]张国中,大型LNG储罐罐顶预制及顶升工艺,中国造船,2010
[16]焦秀平,叠层橡胶支座基础隔震结构设计方法及工程应用,甘肃科技,2009,8
[17]张涛,基础隔震技术国内外研究新进展,西部探矿工程,2003,12
[18]朱玉华,铅芯橡胶基础隔震房屋模型地震反应分析,振动工程学报,2003,2
[19]高杰,竖向地震动加速度反应谱研究,[硕士学位论文],华中科技大学,2009
[20]陆上云,上部结构与地基、基础共同作用的连续—离散化方法,[硕士学位论文],同济大学,2004
[21]蒋晓静,多高层建筑上部结构和桩筏基础优化方法研究,[硕士学位论文],上海交通大学,2007
[22]周海燕,考虑上部结构共同作用的桩筏基础沉降研究,[硕士学位论文],上海大学,2007
[23]张国亮,复合桩基桩土共同作用性状研究,[硕士学位论文],浙江大学,2005
[24]庞伟聪,超高层筒中筒结构桩土共同工作的原位测试分析与研究,[硕士学位论文],西安建筑科技大学,2003
[25]阚红元,大型立式圆筒形低温储罐简介,石油化工设备技术,2007,5
[26]张云峰,王伟玲,大型LNG预应力储罐罐壁厚度取值探讨,油气田地面工程,2008,12
[27]吕娜娜,谢剑,杨建江,大型LNG低温储罐建造技术综述,特种结构,2010,1
[28]徐玉芬,刚性长桩与柔性短桩复合地基优化设,[硕士学位论文],东南大学,2005
[29]魏继红,大直径灌注桩荷载传递机理及数值模拟研究,[硕士学位论文],河海大学,2008
[30]阎韩生,赵琦,地震时桩土动力相互作用的Penzien模型研究,西安工业大学学报,2008,1
[31]胡盈辉,庄茁,由小川,大型储液罐在地震作用下的附加质量法研究,压力容器,2009,8
[32]刘英利,党希滨,杨平等,基础隔震结构的非线性动力分析,世界地震工程,2007,2
[33]王巍,钢筋混凝土筒体高位悬挑钢桁架平台抗震性能的研究,天津大学,2007
[34]施卫星,李正升,基础隔震结构设计反应谱,工程力学,1998
[35]陈荣毅,沈鹏程,结构地震反应的状态空间分析法,结构工程师,1999,2
[36]陈红,大跨钢管混凝土拱桥地震响应分析,[硕士学位论文],长安大学,2009
[37]孙建刚,郝进锋,立式储液罐基础橡胶垫隔震控制分析,大庆石油学院学报,1998,12(4)
[38]张云峰,张彬,岳文彤,内罐泄漏条件下LNG混凝土储罐预应力外墙模态分析,大庆石油学院学报,2008,12(4)
[39]邹立华,赵人达,赵建昌,桩一土一隔震结构相互作用地震响应分析,岩土工程,2004,11(6)
[40] M.K. Shrimali, R.S. Jangid,Seismic analysis of base-isolated liquid storage tanks,JOURNAL OF SOUND AND VIBRATION,2004::59-75
[41]王建华,智胜英,低应变条件下桩土相互作用的阻尼系数,岩岩石力学与工程学报,2007,9(9)
[42]肖晓春,迟世春,林皋,水平地震下土一桩一结构相互作用简化分析方法,哈尔滨工业大学学报,2003,5(5)
[43]王金昌,杨森,大型LNG全容罐抗震隔震设计,油气田地面工程,2009,10(5)
[44]陈建斌,周立运,鲍廖,桩周土阻尼系数的研究,武汉大学学报,2003,2(1)
[45] M.R.Shekari,N.Khaji,M.T.Ahmadi,On the seismic behavior of cylindrical base-isolated liquid storage tanks excited by long-period ground motions,Soil Dynamics and Earthquake Engineering,2010,968-980
[46]孔德森,桩一土相互作用计算模型及其在桩基结构抗震分析中的应用,[博士学位论文],2004,7
[2]陆培炎,陆培炎科技著作及论文选集,北京:科学出版社,2006.
[3]蒋通,田治见宏.地基-结构动力相互作用分析方法,上海:同济大学出版社,2009.
[4]Randolph M J. Analysis of deformation of vertically loaded piles[J]. ASCE, 1978: 1465~1488
[5]蒋通,田治见宏.附加质量法在储液罐动力分析中的应用研究,上海:同济大学出版社,2009.
[6]彭京旗,大型LNG低温储罐施工技术,石油化工建设,2005,27(4):13~14
[7]陆锐,群桩桥梁结构抗震简化计算方法的比较分析,硕士学位论文,同济大学,2001
[8]马德萍,隔震LNG储罐的地震反应分析,[硕士学位论文],哈尔滨工业大学,2007
[9]龚思礼等.建筑抗震设计,北京:中国建筑工业出版社,1994.
[10]王新敏.ANSYS工程结构数值分析,北京:人民交通出版社,2010.
[11]马德萍,隔震LNG储罐的地震反应分析,[硕士学位论文],哈尔滨工业大学,2007.
[12]李冬梅,某核电站安全壳的隔震地震反应分析,[硕士学位论文],哈尔滨工程大学,2007.
[13]杜鹃,大直径钻孔灌注桩群桩效应非线性分析,[硕士学位论文],合肥工业大学,2002:7~16.
[14]王建华,智胜英,低应变条件下桩土相互作用的阻尼系数,岩石力学与工程学报,2007,9(26):1800~1807
[15]张国中,大型LNG储罐罐顶预制及顶升工艺,中国造船,2010
[16]焦秀平,叠层橡胶支座基础隔震结构设计方法及工程应用,甘肃科技,2009,8
[17]张涛,基础隔震技术国内外研究新进展,西部探矿工程,2003,12
[18]朱玉华,铅芯橡胶基础隔震房屋模型地震反应分析,振动工程学报,2003,2
[19]高杰,竖向地震动加速度反应谱研究,[硕士学位论文],华中科技大学,2009
[20]陆上云,上部结构与地基、基础共同作用的连续—离散化方法,[硕士学位论文],同济大学,2004
[21]蒋晓静,多高层建筑上部结构和桩筏基础优化方法研究,[硕士学位论文],上海交通大学,2007
[22]周海燕,考虑上部结构共同作用的桩筏基础沉降研究,[硕士学位论文],上海大学,2007
[23]张国亮,复合桩基桩土共同作用性状研究,[硕士学位论文],浙江大学,2005
[24]庞伟聪,超高层筒中筒结构桩土共同工作的原位测试分析与研究,[硕士学位论文],西安建筑科技大学,2003
[25]阚红元,大型立式圆筒形低温储罐简介,石油化工设备技术,2007,5
[26]张云峰,王伟玲,大型LNG预应力储罐罐壁厚度取值探讨,油气田地面工程,2008,12
[27]吕娜娜,谢剑,杨建江,大型LNG低温储罐建造技术综述,特种结构,2010,1
[28]徐玉芬,刚性长桩与柔性短桩复合地基优化设,[硕士学位论文],东南大学,2005
[29]魏继红,大直径灌注桩荷载传递机理及数值模拟研究,[硕士学位论文],河海大学,2008
[30]阎韩生,赵琦,地震时桩土动力相互作用的Penzien模型研究,西安工业大学学报,2008,1
[31]胡盈辉,庄茁,由小川,大型储液罐在地震作用下的附加质量法研究,压力容器,2009,8
[32]刘英利,党希滨,杨平等,基础隔震结构的非线性动力分析,世界地震工程,2007,2
[33]王巍,钢筋混凝土筒体高位悬挑钢桁架平台抗震性能的研究,天津大学,2007
[34]施卫星,李正升,基础隔震结构设计反应谱,工程力学,1998
[35]陈荣毅,沈鹏程,结构地震反应的状态空间分析法,结构工程师,1999,2
[36]陈红,大跨钢管混凝土拱桥地震响应分析,[硕士学位论文],长安大学,2009
[37]孙建刚,郝进锋,立式储液罐基础橡胶垫隔震控制分析,大庆石油学院学报,1998,12(4)
[38]张云峰,张彬,岳文彤,内罐泄漏条件下LNG混凝土储罐预应力外墙模态分析,大庆石油学院学报,2008,12(4)
[39]邹立华,赵人达,赵建昌,桩一土一隔震结构相互作用地震响应分析,岩土工程,2004,11(6)
[40] M.K. Shrimali, R.S. Jangid,Seismic analysis of base-isolated liquid storage tanks,JOURNAL OF SOUND AND VIBRATION,2004::59-75
[41]王建华,智胜英,低应变条件下桩土相互作用的阻尼系数,岩岩石力学与工程学报,2007,9(9)
[42]肖晓春,迟世春,林皋,水平地震下土一桩一结构相互作用简化分析方法,哈尔滨工业大学学报,2003,5(5)
[43]王金昌,杨森,大型LNG全容罐抗震隔震设计,油气田地面工程,2009,10(5)
[44]陈建斌,周立运,鲍廖,桩周土阻尼系数的研究,武汉大学学报,2003,2(1)
[45] M.R.Shekari,N.Khaji,M.T.Ahmadi,On the seismic behavior of cylindrical base-isolated liquid storage tanks excited by long-period ground motions,Soil Dynamics and Earthquake Engineering,2010,968-980
[46]孔德森,桩一土相互作用计算模型及其在桩基结构抗震分析中的应用,[博士学位论文],2004,7