大型石油储罐的风载荷响应分析.pdf

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1、设计计算大型石油储罐的风载荷响应分析宫建国，刘迎圆，蒋力，曾胜，金涛（浙江大学化工机械研究所，浙江杭州３１００２７）摘要：主要研究了大型石油储罐在风载荷作用下的响应。首先，介绍了风载荷分析时用到的风压模型，并建立了储罐的有限元模型；然后，对储罐进行了模态分析；最后，分别计算了储罐在静态风压和动态风压模型下的响应。结果表明：储罐的模态呈多波分布，该振动为储罐周向振动和竖向振动的叠加。在静态风压模型下，储罐的最大位移发生在靠近储罐罐顶的罐壁某处；最大应力发生在罐壁与地板的连接处。在动态风压模型下，动态响应的峰值（如位移和应力峰值）延迟于风载荷峰

2、值的出现。关键词：储罐；风载荷；模态分析；动态响应中图分类号：ＴＨ４９；ＴＥ９７２；ＴＢ２４文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４８３７（２０１３）０５－００３４－０５ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４８３７．２０１３．０５．００７ResponseofLargeScaleOilStorageTanksSubjectedtoWindLoadGONGJian－guo，LIUYing－yuan，JIANGLi，ZENGSheng，JINTao（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｏｃｅｓｓＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔ

3、ｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｉｓｗｏｒｋｗａｓｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｏｉｌｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｗｉｎｄｌｏａｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｗｉｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｔａｎｋｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｍｏｄａｌａ-ｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｉｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｈｅｔａｎｋｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｗｉｎ

4、ｄｐｒｅｓｓｕｒｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍｕｔｉｌ－ｗａｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｓｕｐｅｒ-ｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ．Ｆｏｒｔｈｅｔａｎｋｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔａｔｉｃｗｉｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｍａｘｉ-ｍｕｍｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｃｃｕｒｓｏｎｔｈｅｔａｎｋｗａｌｌｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｔｏｐｅｄｇｅ，ｗｈｉｌｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｈａｐｐｅｎｓｏｎｔｈｅｊ

5、ｏｉｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｏｔｔｏｍｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅｔａｎｋｗａｌｌ．Ｆｏｒｔｈｅｔａｎｋｕｎｄｅｒｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｗｉｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｒｅｉｓａｔｉｍｅｄｅｌａｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｅａｋｒｅｓｐｏｎｓｅ（ｅ．ｇ．ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓ）ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｌｏａｄ．Keywords：ｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ；ｗｉｎｄｌｏａｄ；ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ３［２－３］石油储罐的最大容量已达１５万ｍ。０引言随着储罐容积的不断增大，其径厚比也不断３［４］增大。以

6、５万ｍ储罐为例，其径厚比（r／t）为３储罐作为油品和各种液体化学品的储存设９３８，而文中１０万ｍ储罐的径厚比（r／t）已达备，是石油化工装置和储运系统的重要组成部分，１２５０，属于典型的薄壳容器。在风载荷作用下，罐［１－２］应用非常广泛。随着经济的快速发展，储罐体易发生较大的变形，如果变形达到某一极限时，的数量和容量都迅速增加。目前，国内已建成的将影响浮顶的正常工作。若储罐储存液体时，储·３４·第３０卷第５期压力容器总第２４６期液的存在会增强储罐对风载荷的抵抗作用。因１．２动态风压模型此，空罐状况下，是储罐较为危险的状态，故有必分析储罐的动

7、力特性时，取阶跃函数作为风要对空罐在风载荷作用下的响应进行分析。压幅值随时间变化的形式，如图２所示。可以看３以舟山某１０万ｍ储罐为例，首先介绍了风出，当t＝０时，风压为０；当t＝０．０５ｓ时，风压骤载荷分析时用到的静态风压和动态风压模型，然增到稳定时的风压；当０．０５ｓ＜t＜６ｓ时，风压保后建立储罐的有限元模型，再计算该罐的模态，最持不变。对储罐进行时程分析，时间为６ｓ。后分别计算了储罐在静态风压和动态风压下的响应。１风压模型１．１静态风压模型风压沿储罐高度方向和圆周方向的分布是变化的，但为简化起见，忽略风压沿高度方向的变［５］化，即认为风

8、压沿储罐高度方向均匀分布。假［６－７］设周向的风压分布如式（１）所示：６p＝λ钞ciｃｏｓ（iθ）（１）i＝０图２风压幅值随时间变化曲线式中p———风压，Ｐａλ———风压幅值，Ｐ