大型立式储罐地震作用下的可靠性分析

论文摘要

储罐是国家进行石油战略储备的重要设施,尤其是大型储罐,随着经济的持续快速发展在国家石油战略储备基地得到广泛地应用。大型储罐大多储存易燃、易爆液体,一旦大型储罐遭受破坏,储液外泄将会对生产和国民经济带来严重损失。所以对大型储罐的地震动力响应研究就显得尤为重要。另外,目前实际工程中对大型储罐的抗震设计仍然采用定值的安全系数法,这样就忽略了地震荷载效应、储罐材料性能等的随机性,在很大程度上是不适宜的,本文从工程实际应用出发考虑影响大型储罐可靠度的相关因素,进行大型储罐地震作用下的可靠性分析,为抗震设计提供更为可靠的依据。首先针对大型储罐在地震作用下的动力反应特点,总结了流固耦合动力学原理、流体力学基本方程以及弹性板壳的基本理论,并在理论上对大型储罐在地震作用下的动力响应进行了分析。结合工程算例,运用大型通用有限元软件Adina8.5.0,对一具10? 104m3的大型储罐在不同地震烈度、不同储液深度下的地震动力响应进行了数值模拟。得到了大型储罐地震动力响应的一些规律,并提出在地震活跃期或多发期应减少大型储罐的储液深度(≤2/3 H 0)来提高大型储罐结构的抗震可靠度意见。其次引入可靠度概念,总结了可靠度的基本计算方法,结合工程实际情况建立了影响大型储罐抗震可靠度的抗力和效应随机变量的概率模型,提出了基于Matlab的可靠度优化算法,并自编程序对文献的实例进行计算分析,所得结果与文献一致,表明此方法是可行的。最后通过对大型储罐的历史震害经验分析,总结了大型储罐的主要失效模式并建立其极限状态方程。计算了各主要失效模式在不同地震烈度、不同储液深度下的抗震可靠度,得出随着储液深度增大、地震烈度增大,储罐可靠度降低,且得出和数值模拟结果相一致的在高地震烈度下储液深度不宜超过设计液位高度2/3的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 储罐国内外研究现状
• 1.3 抗震可靠度的发展
• 1.4 本文所做的工作
• 第二章 储罐地震作用下的经典理论及数值模拟分析
• 2.1 流体力学基本方程
• 2.1.1 欧拉法
• 2.1.2 连续性方程
• 2.1.3 Bernoulli 方程
• 2.1.4 流体边界条件
• 2.1.5 动水压力
• 2.2 弹性板的基本理论
• 2.3 锚固储罐的理论分析
• 2.3.1 罐底固定刚性壁假设
• 2.3.2 罐底固定弹性壁假设
• 2.4 无锚固罐的分析
• 2.5 储罐地震作用下的数值模拟分析
• 2.5.1 模型参数
• 2.5.2 地震波
• 2.5.3 储罐的地震响应分析
• 2.6 小结
• 第三章 可靠度基本原理和计算方法
• 3.1 抗震可靠度分析中的不确定因素
• 3.1.1 结构参数随机变量
• 3.1.2 恒荷载、风荷载、雪荷载的统计参数
• 3.1.3 地震动随机过程
• 3.2 可靠度计算方法简介
• 3.3 计算可靠指标 β 的优化算法
• 3.3.1 可靠指标 β 的几何意义和优化模型
• 3.3.2 基于MATLAB 的可靠度优化算法
• 第四章 储罐的破坏模型及可靠度分析
• 4.1 储罐在地震作用下的震害特点
• 4.2 储罐在地震作用下的可靠度分析
• 4.2.1 储罐抗提离可靠度分析
• 4.2.2 储罐地脚锚固螺栓抗拉可靠度分析
• 4.2.3 储罐罐壁抗失稳可靠度分析
• 4.2.4 储罐罐壁环向抗拉可靠度分析
• 4.2.5 储罐罐底角焊缝抗裂可靠度分析
• 4.2.6 储罐抗储液溢出可靠度分析
• 4.3 小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢