大型LNG储罐结构动力学分析

发布时间：2017-03-29 00:00

  本文关键词：大型LNG储罐结构动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：LNG是一种安全、清洁、经济、高效优质能源,是将原料天然气经预处理后,在常压下降温到-162℃低温时获得的天然气液态产品,体积仅为气态的1/625,方便储存和运输,已成为天然气储运领域的一种重要应用形式。为了满足LNG大量使用需求,LNG储存量越来越大,作为LNG储存设备,LNG储罐容积也相应增大。根据对地震后大型LNG储罐受破坏程度调查结果发现,罐壁局部失稳是最常见破坏形式,包括象足失稳和菱形失稳,而且随着储罐容积增大,地震对安全性影响也越严重。大型LNG储罐在地震作用下一旦发生破坏,将造成严重后果,因此对大型LNG储罐安全问题研究尤为重要。在大型LNG储罐结构中绝热层作为主要组成部分,目前对绝热层研究主要集中在对储罐保温效果影响方面,而有关绝热层对储罐结构动力学特性影响研究很少。另外,针对水平地震作用下大型LNG储罐地震响应作了大量研究,但对竖向地震作用下以及水平与竖向地震共同作用下储罐地震响应分析研究较少。本课题拟根据GB50009-2012《建筑结构荷载规范》选取承载能力极限状态工况组合,对大型LNG储罐进行结构动力特性分析,研究绝热层对大型LNG储罐结构动力特性影响,并对竖向地震作用下以及水平与竖向地震共同作用下储罐地震响应进行分析。以国内某LNG储配站配套的2×104m3LNG单容储罐为研究对象,建立有绝热层和无绝热层两种储罐有限元计算模型,分别对其进行模态分析。结果表明有绝热层储罐比无绝热层储罐固有频率高;有绝热层储罐振动主要集中在拱顶,无绝热层储罐振动主要集中在罐壁,而且有绝热层储罐最大位移变形量大于无绝热层储罐。在模态分析基础上对有绝热层和无绝热层储罐分别进行水平地震作用下响应谱分析。发现在水平地震作用下,有绝热层储罐水平和竖直方向位移变形及等效应力几乎全部发生在拱顶,无绝热层储罐水平和竖直方向位移变形及等效应力在拱顶和罐壁均有发生,而最大等效应力出现在罐壁底部,且位移变形量及等效应力均大于有绝热层储罐。结果表明绝热层改变了地震响应条件下储罐位移变形发生部位及应力分布,且降低了位移变形量及等效应力,使罐体位移变形及应力发生部位避开了罐壁底部易发生屈曲破坏位置,有利于储罐安全。同时,对有绝热层储罐也进行了竖向地震作用下响应谱分析,发现在竖向地震作用下储罐水平最大位移变形量、竖直最大位移变形量及等效应力均小于水平地震作用,说明水平地震作用对大型LNG储罐结构动力特性影响是主要的。此外,还对有绝热层储罐还进行了水平与竖向地震共同作用下的响应谱分析,发现在水平与竖向地震共同作用下,储罐位移变形及等效应力发生部位与水平地震作用下响应分析结果基本相同,只是在数值上略大于水平地震作用下,进一步说明水平地震作用对大型LNG储罐结构动力特性影响是主要的。本文研究结果为大型LNG储罐设计及校核提供理论参考依据,保证实际储罐安全运行,对加速大型LNG储罐国产化设计及建设具有重要意义。
【关键词】：大型LNG储罐 绝热层 荷载组合 模态分析 地震响应分析
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE972
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 国内外LNG储罐发展现状14-16
• 1.1.1 国外发展现状14-15
• 1.1.2 国内发展现状15-16
• 1.2 大型LNG储罐16-19
• 1.2.1 大型LNG储罐基本结构16-17
• 1.2.2 大型LNG储罐材料17-18
• 1.2.3 LNG储罐绝热类型18-19
• 1.3 大型LNG储罐分类与失效形式19-22
• 1.3.1 LNG储罐分类19-20
• 1.3.2 大型LNG储罐失效形式20-22
• 1.4 大型LNG储罐抗震研究22-25
• 1.4.1 大型LNG储罐抗震研究必要性22
• 1.4.2 大型LNG储罐绝热层研究22-23
• 1.4.3 大型LNG储罐抗震研究现状23-25
• 1.5 本文研究内容25-26
• 第2章 大型LNG储罐荷载及组合方式26-35
• 2.1 大型LNG储罐荷载及分类26-29
• 2.1.1 荷载概述26
• 2.1.2 大型LNG储罐荷载分类26-29
• 2.2 大型LNG储罐荷载代表值29-30
• 2.3 大型LNG储罐荷载组合方式30-34
• 2.3.1 荷载组合30-31
• 2.3.2 承载能力极限状态组合31-33
• 2.3.3 正常使用极限状态组合33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 大型LNG储罐模态分析35-47
• 3.1 大型LNG储罐有限元模型35-39
• 3.1.1 有限元分析35
• 3.1.2 有限元分析步骤35-37
• 3.1.3 LNG储罐有限元模型建立37-39
• 3.2 模态分析基本理论39-41
• 3.2.1 模态分析39-40
• 3.2.2 预应力模态分析40-41
• 3.3 大型LNG储罐模态分析41-46
• 3.3.1 有绝热层储罐模态分析41-43
• 3.3.2 无绝热层储罐模态分析43-45
• 3.3.3 模态分析结果对比45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 大型LNG储罐地震响应分析47-61
• 4.1 地震抗震计算47-51
• 4.1.1 底部剪力法47-49
• 4.1.2 振型分解反应谱法49-51
• 4.2 响应谱分析51-54
• 4.2.1 响应谱分析基本理论51-52
• 4.2.2 响应谱分析参数52-54
• 4.3 绝热层对储罐地震响应影响分析54-57
• 4.3.1 荷载组合工况的选取54-55
• 4.3.2 储罐地震响应分析结果55-57
• 4.4 地震作用下的大型LNG储罐结构响应分析57-59
• 4.4.1 竖向地震作用下有绝热层储罐的地震响应分析57-58
• 4.4.2 水平、竖向地震共同作用下有绝热层储罐的地震响应分析58-59
• 4.5 本章小结59-61
• 结论与展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间所发表的学术论文目录68

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  本文关键词：大型LNG储罐结构动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：273255