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LNG储罐隔震设计研究

王向楠  
【摘要】:改革开放以来,中国经济发展迅速,已成为世界经济第一引擎。而能源过重依赖煤炭,也造成了极大生态灾难。随着经济的快速发展及对环保的要求,作为清洁能源的天然气国内产量及进口量将进一步增大,大型液化天然气(LNG)储罐在其产销环节中至关重要。中国是多地震的国家,地震区遍布全国。LNG储罐及配套系统的安全运行十分重要。LNG储罐震害引起的火灾、泄露将造成生命财产损失及生态灾难,因此,必须重视LNG储罐的抗震与隔震设计。本文针对采用深基础的大型LNG储罐,以全容式储罐为例,考虑桩土作用,通过引入基础隔震及阻尼墙耗能减震措施,采用有限元数值模拟分析及振动台实验的方法,研究LNG储罐隔震下的地震响应。本文绪论简介了 LNG理化特性、国际国内需求背景、LNG储罐的安全问题和震害特性,论述了国内外LNG储罐隔震设计与研究现状及发展趋势,揭示了目前此方面研究存在的一些问题,进而提出了本文的研究内容。针对LNG储罐抗震隔震设计,将外罐简化为悬臂梁,储液简化为理想势流体,考虑桩土作用,采用水平地震激励,进行了理论推导与算例分析,并采用ADINA有限元软件进行数值模拟分析,并验证了理论解。研究结果表明,无基础隔震下,考虑桩土作用与忽略桩土作用对比分析表明,桩土作用峰值效应有增有减,在20%以内。考虑桩土作用将使设计更接近实际情况。但基础隔震仍然是不可替代的减震措施。在以上分析基础上,在内罐与外罐之间施加阻尼墙,采用单向水平地震激励,进行了理论推导与算例分析,研究结果表明,在无基础隔震情况下,阻尼墙有显著的耗能减震效果。在基础隔震情况下,阻尼墙耗能减震效果不明显,进一步证明了基础隔震的重要性和必要性。本文第五章为1:5储罐缩尺模型钢筋支座隔震体系模拟振动台试验。在水平地震波激励下,通过测量技术得到隔震与非隔震状况下储罐动应力、位移、晃动波高及加速度地震响应,试验结果分析表明,钢筋支座具有良好减震效果,并验证了隔震理论正确性。本文最后,以工程设计角度,针对大型LNG储罐常规设计与抗震设计方法进行了探究,并简单归纳了大型LNG储罐隔震设计的方法,并完成了橡胶基础隔震的设计案例,为LNG储罐设计提供参考。


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