高桩式LNG全容罐地震作用计算.pdf

宋延杰等 高桩式LNG全容罐的地震作用计算 27 高桩式 LNG全容罐的地震作用计算 宋延杰 李金光 郑建华 中国寰球工程公司 北京 100029 摘要 本文以弹性嵌固模型模拟地面以下的桩土相互作用及 以Housner理论建立的附加质量模型模拟内罐的 液固耦合作用为基础建立了高桩式 LNG全容罐的地震作用计算模型。以实际工程为例，建立了三维有限元模型， 对LNG储罐在空罐和满罐这两种状态进行了OBE、SSE地震作用下的反应谱分析，然后根据荷载组合得到了桩顶 的最不利组合结果。 关键词 高桩式 LNG储罐 附加质量法 地震 全容式 LNG储罐的基础形式有高桩式基础、 面，液体晃动作用和冲击作用不会同时出现，根 地面式基础、桩式地面基础和板式高承台基础等 据SRSS组合规则，晃动作用的影响将会更小，在 多种形式。储罐采用何种形式的基础与场地的地 实际计算中可忽略不计。这样，在水平地震作用 质条件、地质环境、地震及冷量消散方式等诸多 计算中，仅计算冲击作用产生的动压力即可。 因素有关。目前国内外已建或在建的全容式 LNG 由Housner理论可知，当储罐受到来 自罐底的 储罐最常采用的基础形式是高桩式基础。 水平加速度a。(t)作用时，作用于罐壁上任一点 对全容式LNG储罐进行地震作用计算是 LNG (0，Z)处的液体冲击动压力为 ．4J： 储罐设计建造的一项重要内容，不仅有正常操作 基准地震 (OBE)作用计算，还有安全停运地震 p(，)=一 (t)[1一(÷)]tanh(辟 )cos8 (SSE)作用计算。其中，操作基准地震是指设施 (1) 式中，a(t)为水平加速度，m／s；P为储液 在其设计寿命期内可承受的可能发生的地震 ，安 全停运地震是在设施所在地罕见的强烈地震 J。 罐中液体的密度 ，kg／m。；r为储液罐半径，m；h 高桩式LNG全容罐不仅是固 一液同时作用的结构 为液位高，m；0为任意一点沿圆周方 向的方位 设施，且基础形式还较为复杂，需考虑桩 一土间 角，rad；Z为该点距底板的高度，m；其坐标及参 的相互作用。在地震作用下，储罐设施中的内罐 数符号见图1。 和外罐各 自的动力反应如何?桩头的地震作用力 多大，能否满足承载力要求?这些都是储罐工程 设计中需要考虑的地方。本文以某实际工程项 目 的高桩式LNG全容罐为例，对其在地震作用下的 效应进行计算分析，为桩基方案 的确定提供 了 依据。 1 地震作用计算要点 图1 储罐坐标及参数符号示意图 1．1 内罐液体在地震作用下的效应计算 1．2 计算模型 内罐液体在地震作用下的效应分为液体冲击 内罐的地震作用计算采用附加质量法计算模 作用对罐体产生的动压力和液体晃动作用对罐体 型 。附加质量法是一种计算液固耦合问题的近 产生的动压力。通常，液体 的晃动周期 比较长 似方法，其基本思路是把液体对罐壁某点处的冲 (一般为 10s左右)，在该周期处，加速度已非常 击动压力等效为与该点一起运动的附加质量对该 小，这样晃动作用产生的动压力就很小；另一方 点的惯性力，通过施加附加质量于内罐罐壁来模 }宋延杰 ：工程师。2007年毕业于北京工业大学结构工程专业获硕士学位。现主要从事LNG储罐的设计计算工作。电话 ： (010) Email：songyanjie@hqcec．eom。 28