基于附加质量法的大型储罐群体系动力响应分析

作     者：楚士礼 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：张如林

授予年度：2021年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：储罐 附加质量法 土体-结构相互作用 地震响应 群罐效应 

摘      要：随着我国能源需求和战略储备的快速增长,储罐正朝着大型化、群罐化的方向发展。我国是个地震频发国家,强烈地震会导致地基土体发生明显变形。由于罐体与土体之间,以及相邻罐体之间通过土体都存在着相互作用,地震时极易引起储罐破坏,造成储油泄漏而发生火灾爆炸,使人民生命财产受到严重损失。我国现行储罐设计规范和标准中,大多没有考虑土罐间相互作用以及相邻罐体间的交叉相互作用,而是按照刚性地基假定进行抗震设计。储罐抗震设计时应考虑群罐效应和土体-结构相互作用效应,保障储罐的安全运营非常重要。基于此,本文开展了以下工作:1、首先总结了储罐地震响应的常见分析方法。然后基于刚性地基假定,利用ANSYS软件分别建立质量弹簧储罐模型、基于附加质量法的储罐模型,以及采用流体单元法的流固耦合储罐模型。以El-centro波,迁安波和上海人工波三条地震波为输入,对三种计算模型进行了动力特性和地震响应分析,对比了各模型自振频率,以及和理论计算结果的差异,从计算精度、安全余量和计算效率等方面综合考虑,本文采用附加质量法对储罐模型进行地震响应研究。2、采用等效线性化方法考虑强震作用下土体的非线性特征。通过对ANSYS软件进行二次开发,研究了等效线性化模型在ANSYS软件中的实现,并提出了场地分区域选择代表单元进行线性迭代的处理方法,结果表明该方法可以应用于大型储罐-土体相互作用体系的地震响应分析中。3、基于附加质量方法建立储罐-土体相互作用体系的有限元模型,采用改进的等效线性化处理方法考虑土体非线性,与基于刚性地基假定的储罐地震响应结果对比,研究了土体-结构相互作用效应对储罐地震响应规律的影响。同时分析了土体材料性质(线弹性和非线性)引起储罐抗震性能的变化规律。4、在前面地震动输入下,进一步建立群罐与土体相互作用体系的有限元模型,研究了群罐场地中罐壁的变形、应力及屈曲失稳,与仅考虑单罐时的情况进行对比,分析了群罐效应对储罐地震响应规律的影响,确定了罐壁发生屈曲失稳破坏的位置,为大型储罐抗震设计提供参考。