LNG工艺隧道结构灾害力学行为研究

发布时间：2017-10-26 19:00

  本文关键词：LNG工艺隧道结构灾害力学行为研究

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【摘要】：LNG工艺隧道受其自身结构及运营特点的要求,在运营期间可能受到泄漏及火灾灾害的影响。本文以深圳LNG工艺隧道为例,参考国内外混凝土性能高低温实验结果,采用有限元的方法模拟了LNG发生泄漏及火灾时隧道温度场、衬砌温度场及应力场,分析了衬砌低温及高温损伤规律。采用了理论分析的方法提出了灾害下的结构重建模型,验算了衬砌结构灾后承载能力,提出了衬砌结构相关防灾措施。具体工作包括：(1)采用FLUENT流体计算软件分析了不同泄漏口直径和空气入口条件下隧道内温度场及甲烷浓度；根据不同泄漏工况下甲烷浓度分析了火灾工况下隧道温度场。(2)根据求得的隧道温度场,采用ANSYS分析了衬砌结构在受灾及恢复常温阶段的温度场变化,并通过拟合的手段得到了衬砌温度场变化的拟合公式。(3)采用间接温度-应力耦合法分析了隧道衬砌结构在拱腰等五个受力最大位置压应力及剪应力变化趋势,温度应力导致的结构损伤规律,得到了损伤深度与受灾时长关系的拟合公式。(4)根据灾害下隧道衬砌结构截面及材料性能折减方法,重建了结构验算模型,采用荷载-结构法验算了灾后结构安全系数及计算配筋量,结合本文研究成果及LNG工艺隧道特点提出了衬砌结构相关防灾措施。
【关键词】：LNG工艺隧道 数值模拟 温度场 温度-应力耦合 应力损伤 承载力验算
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U458
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.1.1 LNG发展概述12
• 1.1.2 LNG泄漏危害12-13
• 1.1.3 研究意义13
• 1.2 LNG工艺隧道研究现状13-15
• 1.2.1 国内外LNG工艺隧道概况13-14
• 1.2.2 LNG灾害情况下温度场14-15
• 1.3 隧道衬砌结构高低温损伤15-16
• 1.3.1 衬砌结构低温损伤15-16
• 1.3.2 衬砌结构高温损伤16
• 1.4 研究内容及技术路线16-18
• 1.4.1 研究内容16-17
• 1.4.2 研究方法技术路线17-18
• 第2章 LNG泄漏及火灾研究18-33
• 2.1 LNG泄漏及火灾数值模拟理论18-20
• 2.1.1 气体流动基本控制方程18-19
• 2.1.2 湍流控制方程19-20
• 2.2 LNG泄漏扩散分析20-28
• 2.2.1 LNG泄漏扩散原理20-21
• 2.2.2 LNG泄漏扩散数值模拟21-23
• 2.2.3 数值模拟结果分析23-28
• 2.3 LNG火灾分析28-31
• 2.3.1 LNG火灾分析原理28
• 2.3.2 LNG火灾数值模拟28-29
• 2.3.3 数值模拟结果分析29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 衬砌结构温度场非线性分析33-53
• 3.1 温度场分析理论基础33-36
• 3.1.1 热传递方式33-34
• 3.1.2 混凝土低温热工参数34-35
• 3.1.3 混凝土高温热工参数35-36
• 3.2 衬砌温度场计算方法及ANSYS实现36-39
• 3.2.1 衬砌结构热传导微分方程36-37
• 3.2.2 衬砌结构热传导过程的单值性条件37-38
• 3.2.3 衬砌结构热传导问题的有限元法和ANSYS实现38-39
• 3.3 衬砌结构低温温度场分布计算39-46
• 3.3.1 计算说明39
• 3.3.2 不同泄漏工况下衬砌温度场分布39-42
• 3.3.3 温度随时间和深度的变化42-43
• 3.3.4 截面低温温度分布拟合43-46
• 3.4 衬砌结构高温温度场分布计算46-52
• 3.4.1 不同火灾工况下衬砌温度场分布46-48
• 3.4.2 温度随时间和深度的变化48-49
• 3.4.3 截面高温温度分布拟合49-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 灾害下衬砌结构热弹塑性分析53-90
• 4.1 混凝土高低温力学性能53-61
• 4.1.1 混凝土低温力学性能53-57
• 4.1.2 混凝土高温力学性能57-61
• 4.2 衬砌结构热弹塑性有限元分析及ANSYS实现61-63
• 4.2.1 钢筋混凝土结构有限元分析的模式61
• 4.2.2 ANSYS有限元计算模型61-63
• 4.3 泄漏低温下衬砌结构力学行为分析63-76
• 4.3.1 截面内应力分布65-67
• 4.3.2 不同截面位置处内应力变化规律67-70
• 4.3.3 不同泄漏工况下内应力变化规律70-73
• 4.3.4 低温应力导致的结构损伤分析73-76
• 4.4 火灾高温下衬砌结构力学行为分析76-88
• 4.4.1 截面内应力分布76-78
• 4.4.2 不同截面位置处内应力变化规律78-81
• 4.4.3 不同火灾工况下内应力变化规律81-84
• 4.4.4 高温应力导致的结构损伤分析84-88
• 4.5 本章小结88-90
• 第5章 衬砌结构承载力验算及其防灾建议90-100
• 5.1 衬砌承载能力验算方法90-95
• 5.1.1 破损阶段法和容许应力法90-91
• 5.1.2 概率极限状态法91-93
• 5.1.3 衬砌灾害承载力验算模型重建93-95
• 5.2 计算实例及结果分析95-97
• 5.2.1 衬砌安全系数计算95-96
• 5.2.2 截面承载力验算96-97
• 5.3 LNG工艺隧道结构防灾建议97-99
• 5.4 本章小结99-100
• 第6章 结论与展望100-103
• 6.1 结论100-101
• 6.2 展望101-103
• 致谢103-104
• 参考文献104-111
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目111

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