预应力LNG储罐在地震作用下的流固耦合数值模拟

【摘要】：随着世界能源消费的持续增长,天然气这种更清洁能源在国际能源市场中的需求度也在急剧增加,相应地,预应力液化天然气储罐的使用也愈加广泛。在地震作用下考虑动水压力对罐壁的影响已成为该种结构计算分析中的重点。本文围绕预应力液化天然气储罐在地震作用下的流固耦合分析问题作了以下四方面的工作。 (1)本文采用ABAQUS软件,参考工程实例,建立了容积50000m3的预应力LNG储罐有限元模型,同时建立钢筋及LNG液体的实体模型,采用降温法为钢筋实体模型施加预应力。计算分析预应力LNG储罐在静水压强作用下内力分布,以验证降温法施加预应力的可行性,并获得罐体的最大应力及位移的数值及位置,为在地震荷载作用下的流固耦合分析提供了数值及理论基础。 (2)研究了一种等效截面的钢筋混凝土纤维梁单元建模方式,这种建模方式可建立钢筋、钢管以及钢骨混凝土构件或复杂结构模型,配筋率可人工调整,且可突破梁单元不能使用在显示动态分析的限制,节省大量的单元。 (3)通过采用任意拉格朗日-欧拉网格适应技术(ALE)建立据有近似离散体性质的物料的三维模型,计算某型号球磨机在正常运转及启动工况下的应力及位移分布,ALE技术在实际工程中的实践为采用耦合拉格朗日-欧拉技术(CEL)模拟流固耦合提供了强有力的理论及实践基础。 (4)采用CEL分析技术,模拟出LNG液面在El Centro波以及Taft波作用下的晃动情况,考虑了LNG液体的动水压力对罐体的影响,同时分别对预应力LNG储罐在两种波作用下的位移时程、加速度时程以及应力时程曲线进行提取与对比分析,结果表明采用CEL分析技术的预应力混凝土储罐在地震作用下的流固耦合分析是可行的、合理的。