竖向地震作用对储液罐地震响应的影响分析

地震作用下大型储液罐的安全问题日益引起重视。基于ANSYS软件建立储罐液体耦合有限元模型,考虑罐底非线性接触效应,以El-Centro南北向和竖直向记录地震波为输入,研究水平激励以及水平和竖向同时激励两种工况下储罐的动力响应。研究结果表明,两种工况下靠近罐底1.2m处均发生了"象足"变形,竖向激励下水平相对位移增加了14%。竖向激励使得罐壁环向应力和轴向压应力均有不同程度的增加。竖向地震激励对液面的竖向晃动影响较小。储液罐底板在地震作用下发生了竖向提离和永久滑移,竖向激励时增长幅度均在10%左右。同时罐体基底剪力在竖向地震作用下也有所增大。储罐抗震设计时应考虑竖向地震分量的影响,研究结论可为立式储罐的抗震设计提供一定的参考和依据。     

高阶晃动振型对LNG储罐地震响应的影响

为了研究高阶晃动振型对LNG储罐地震响应的影响,考虑高阶晃动振型,建立LNG储罐的简化力学模型,推导LNG储罐的运动控制方程,给出了LNG储罐的基底剪力、倾覆弯矩和储罐内液体晃动波高的表达式。以某16×10⁴ m³ LNG储罐为例,采用大型通用有限元分析软件ADINA System对其进行有限元模型分析,验证其修正模型的有效性,结果表明:高阶晃动振型对基底剪力和倾覆弯矩几乎无影响,但对晃动波高影响显著,尤其是长周期地震动作用下,并且考虑高阶晃动振型的晃动波高存在延时效应。提出的简化力学模型修正公式与有限元分析结果吻合较好,可以准确地预测LNG储罐地震响应。     

立式储液罐地震破坏快速评估方法

本文采用大型有限元程序ANSYS对立式储液罐的地震反应进行了非线性数值分析,考虑了罐体和内部液体的相互作用,得到了3个不同容积的储罐,在不同峰值的地震动时程输入下的反应结果。结合地震灾害中立式储罐的地震破坏现象和特点,以及现有的立式储罐地震破坏预测方法,提出了立式储罐的地震破坏快速评估方法。     

大型LNG储罐瓦楞型新型铝吊顶地震响应分析

大型LNG储罐中，铝吊顶是位于其内罐顶部，挂载保温绝热材料以形成封闭低温储存环境的大跨悬挂结构。铝吊顶在强震下的响应可能影响到储罐的安全和正常运作，值得研究和分析。建立了包含对瓦楞型新型铝吊顶精细化建模的大型LNG储罐的有限元分析模型，分析了在不同类型及强度的地震激励下，铝吊顶的响应特征及规律。重点探讨了储罐基础隔震对其地震响应的影响。研究分析发现：储罐基础隔震后，吊顶主共振区后移，水平和竖向自振周期均延长0.5 s,节点水平位移减小约29.9%～40.0%,杆件应力减小约27.2%～32.5%。基于增量动力分析法(IDA)对铝吊顶进行的地震易损性分析，结果表明：在不同地震作用下，吊顶的薄弱部位为边缘吊杆区域，其材料的强度富余量较大，整体发生掉落的可能性较小；吊顶在强震中产生的水平晃动较小，与周边密封材料发生碰撞的可能性较小，建议当前设计中吊顶边缘与内罐壁的留缝距离可适当缩小以提高保冷效果。     

基于阻尼器反力墙体系的特大型LNG储罐控制研究

特大型液化天然气（LNG）储罐的固有频率通常介于2~10 Hz之间,处于大部分地震运动的频率范围之内。在过去的几十年中,许多事故已经证明,储罐在地震作用下很容易遭破坏。使用隔震支座来减少储罐的地震作用已经被证明是非常有效的,但对于特大型LNG储罐,其连接组件对隔震层层间位移有严格限制,尤其是在软土场地中,桩水平抗力与隔震层位移是一对矛盾,普通隔震系统会在隔震层产生较大位移,导致特大型LNG储罐连接组件的设计非常困难。因此提出了一种由环形阻尼器反力墙、粘滞阻尼器以及安装于基桩顶端的隔震支座组成的新型隔震系统,反力墙独立设置于地基中,不与桩基连接,罐底的部分剪力直接向反力墙传递。以容量为16万m3的特大型LNG储罐为例,建立多自由度集中质量简化模型,以层间位移、桩基剪力作为性能指标进行了评价分析。结果显示,新型隔震系统对特大型LNG储罐隔震层位移及桩基剪力的控制非常有效。     

水平地震激励下储罐液体晃动与提离分析

在考虑地基与储罐相互作用的情况下,采用有限元法对储罐在水平地震荷载作用下的液面晃动及储罐提离反应进行了分析。结果表明:罐内液体的晃动是长周期运动,其周期受地震动影响。无论是小体积罐还是大体积罐,在一定的地震烈度下均可以发生提离,而且储罐发生提离的时刻大多数是在地震动的峰值过后的一段时间内。大体积的储罐的提离明显小于小体积的罐。底板提离区域为月牙形。     

考虑桩土-隔震层-罐体相互作用的隔震储罐地震响应分析

为了研究桩土、隔震层与罐体相互作用对15×104m3隔震储罐地震响应的影响,桩与隔震层采用弹簧-阻尼单元,罐体采用壳单元,流体采用势流体单元,基于ADINA建立数值仿真分析模型,在8度E1 Centro地震动激励下,应用Newmark数值积分方法进行地震响应分析.结果表明:隔震储罐基底剪力和基底弯矩相对于非隔震储罐明显降低,储罐罐壁加速度沿罐壁高度方向近乎平动,但对波高的控制效果不明显;除罐壁顶部外,动液压力明显降低;隔震后,罐壁有效应力和环向应力减震效应明显,对轴向应力和径向应力影响较小,建议从安全角度考虑,储罐非隔震设计时不考虑桩土作用,隔震设计时考虑桩土对罐体的影响.     

大型储液罐摩擦摆基底隔震控制分析

针对弹性钢制圆柱储液罐,基于Haroun-Housner模型,将连续流体质量等效为3种集中质量,分别为:对流质量、脉冲质量和刚性质量,与这些集中质量连接的相应刚度取值依赖于储罐壁和流体质量.在水平地震激励下,在储罐底部加摩擦单摆支座,给出了简化的液体 - 储罐-隔震支座的力学分析模型,建立了摩擦摆支座基底隔震体系的振动控制方程,并利用Newmark逐步积分法对控制方程进行了数值求解,研究了摩擦摆支座基底隔震的储液罐地震反应,验证了FPB隔震的有效性.     

立式浮顶储罐并联基础隔震模拟地震振动台试验研究

立式浮顶储罐在强震作用下会发生罐壁屈曲、卡顶、浮顶下沉等震害。为降低储罐地震响应,以1 000 m3储罐为原型,按1:5的几何相似比设计缩尺模型,并以隔震周期为0.5 s进行并联隔震装置设计,给出其力学本构关系。采用模拟地震振动台试验方法,选取四种不同频谱特性的地震动对模型罐进行地震响应分析,结果表明:隔震层顶部加速度卓越频率有所降低,周期延长;隔震后储罐加速度、层间位移及动应力地震响应明显降低,但晃动波高有所放大;三向地震激励与单向地震激励相比,加速度地震响应明显放大,对晃动波高影响较小。建议储罐抗震减震设计时应考虑三向地震作用。     

考虑SSI效应的15×10~4 m~3储罐基础隔震数值仿真分析

为考虑土与结构相互作用(SSI)对15×104m3大型立式储罐基础隔震效应的影响,采用弹簧-阻尼系统模拟地基土和隔震层,罐壁及底板采用壳单元,流体采用势流体单元,利用ADINA建立15×104m3储罐有限元模型,在峰值加速度0.2g El Centro波地震激励下,应用Newmark数值积分方法进行地震响应分析,结果表明:考虑SSI效应时,非隔震储罐的地震响应有所减小,而基础隔震时地震响应有放大效应。储罐抗震减震设计时,中软地基土上储罐从结构设计安全角度来说需要考虑土与结构的相互作用。     

Seismic analysis of a LNG storage tank isolated by a multiple friction pendulum system

The seismic response of an isolated vertical, cylindrical, extra-large liquefi ed natural gas (LNG) tank by a multiple friction pendulum system (MFPS) is analyzed. Most of the extra-large LNG tanks have a fundamental frequency which involves a range of resonance of most earthquake ground motions. It is an effective way to decrease the response of an isolation system used for extra-large LNG storage tanks under a strong earthquake. However, it is diff icult to implement in practice with common isolation bearings due to issues such as low temperature, soft site and other severe environment factors. The extra-large LNG tank isolated by a MFPS is presented in this study to address these problems. A MFPS is appropriate for large displacements induced by earthquakes with long predominant periods. A simplifi ed fi nite element model by Malhotra and Dunkerley is used to determine the usefulness of the isolation system. Data reported and statistically sorted include pile shear, wave height, impulsive acceleration, convective acceleration and outer tank acceleration. The results show that the isolation system has excellent adaptability for different liquid levels and is very effective in controlling the seismic response of extra-large LNG tanks.     

液压阻尼系统（HDS）控制立式钢制储罐地震响应分析

本文采用液压阻尼系统（HDS）控制立式圆柱钢制储罐的地震反应，建立了安装HDS储罐的力学分析模型，并进行了数值计算，从频域对安装HDS后储罐的地震响应进行了分析，研究了HDS的减震效果和HDS和HDS参数对储罐地震反应的影响。     

立式储罐与地基相互作用地震反应分析

在考虑地基与储罐相互作用的情况下,采用有限元法对储罐住水平地震荷载作用下的反应进行了计算。推导了系统刚度矩阵及质量矩阵的计算过程。通过对四种场地条件下的地震响应分析,得出了储罐各种参数对地震反应的影响。分析表明：不同的地震激励对储罐系统的反应是不同的;地基刚度对系统的动力响应的影响也很大：即地基越“柔”,基底弯矩、罐壁轴向应力越小,但环向应力和底板变形却在增加。     

液压阻尼系统控制浮放立式储罐提离失稳

立式圆柱储罐在油田、石油化工等企业用途广泛，多用作存贮易燃、易爆介质，一旦遭遇震害，后果将十分严重。本文针对浮放立式储罐地震响应的提离失稳问题，采用液压阻尼系统（HDS）用以控制储罐的提离反应，建立了安装HDS储罐的力学分析模型并进行了数值计算，对安装HDS后储罐的提离反应进行了分析。仿真计算结果表明：HDS可以有效地减小提离应力，从而地震烈度可以降低1度进行储罐的提离设计。     

Liquefaction mitigation using secant piles wall under a large water tank

Two-dimensional and three-dimensional numerical models were developed to evaluate the effectiveness of a foundation perimeter wall on the mitigation of the effects of liquefaction in a 64 m diameter, reinforced-concrete water tank. The seismic response of the tank was evaluated in terms of differential settlements induced by an actual earthquake recording by comparing the situations with and without a mitigation strategy consisting of 20 m-long, 1 m-diameter secant piles wall. Although the mitigation strategy did not significantly reduce the liquefaction-induced settlements, it enforced a relatively homogeneous distribution of these settlements, leading to less structural damage.     

浮放储罐三维地震反应有限元分析

针对立式储罐,考虑液固耦合效应、地基与储罐结构的相互作用,采用有限元分析方法,对储罐在三维地震荷载作用下动反应进行了数值分析。分析结果表明：储罐三维地震加速度反应较一维地震加速度反应增加、提离高度明显放大、储罐轴向应力增加、基底剪力与弯矩增大。     

Dynamic analysis of flexible rectangular fluid containers subjected to horizontal ground motion

In this paper, an analytical method is proposed to determine the dynamic response of 3‐D rectangular liquid storage tanks with four flexible walls, subjected to horizontal seismic ground motion. Fluid–structure interaction effects on the dynamic responses of partially filled fluid containers, incorporating wall flexibility, are accounted for in evaluating impulsive pressure. The velocity potential in which boundary conditions are satisfied is solved by the method of separation of variables using the principle of superposition. The impulsive pressure distribution is then computed. Solutions based on 3‐D modeling of the rectangular containers are obtained by applying the Rayleigh–Ritz method using the vibration modes of flexible plates with suitable boundary conditions. Trigonometrical functions that satisfy boundary conditions of the storage tank such that the flexibility of the wall is thoroughly considered are used to define the admissible vibration modes. The analysis is then performed in the time domain. Moreover, an analytical procedure is developed for deriving a simple formula that evaluates convective pressure and surface displacements in a similar rigid tank. The variation of dynamic response characteristics with respect to different tank parameters is investigated. A mechanical model, which takes into account the deformability of the tank wall, is developed. The parameters of such a model can be obtained from developed charts, and the maximum seismic loading can be predicted by means of a response spectrum characterizing the design earthquake. Accordingly, a simplified but sufficiently accurate design procedure is developed to improve code formulas for the seismic design of liquid storage tanks. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.