大型钢储罐的风荷载特性研究

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钢储罐是存贮石油的主要设施,随着能源消耗的日益增加以及土地资源的缺乏,钢储罐的容积越来越大,大型钢储罐的建设也越来越普遍。另一方面,大型钢储罐属薄壁钢结构,容易发生风致屈曲破坏,近年来该类破坏屡见不鲜。值得注意的是,大型钢储罐的风致破坏不仅会造成了巨大的经济损失,还会引起严重的环境污染。为了提高大型钢储罐的抗风性能,本文首先从钝体空气动力学基本原理出发,研究了雷诺数对低矮圆柱体风荷载的影响:在此基础上系统研究了大型钢储罐的风荷载特性以及钢储罐的风压干扰效应。主要工作包括以下几个方面:1)低矮圆柱体风荷载的雷诺数效应。选取高径比分别为0.875和0.323的低矮圆柱体为研究对象,测试得到了不同风速时模型在四种均匀湍湍流场中的风压分布,评估了雷诺数、高径比和湍流度对低矮圆柱体风荷载的影响。结果表明:圆柱体的雷诺数效应随着高径比的减小不断减小;增大来流湍流度使得低矮圆柱体的雷诺数效应减小。2)大型钢储罐风荷载特征。选取外浮顶钢储罐为研究对象,测试得到了不同高径比、不同浮盘位置和不同抗风圈设置时,储罐内外壁的风压分布。结果表明:随着高径比的不断减小,零压角度增大,储罐侧风面以及背风面的风压系数绝对值减小;储罐内壁的风压系数绝对值随着储罐高径比的增大而增大;规范规定的高径比为1的圆柱体的体型系数不再适用于储罐结构的设计:浮盘位置对储罐外壁的风压影响较小,对储罐内壁的风压影响很大,尤其抬高浮盘位置时,减小了较大高径比储罐的迎风区内壁风压,增大了较小高径比储罐的迎风区内壁风压,对超大型储罐十分不利;抗风圈的设置对储罐罐壁的风压影响较小,可以忽略抗风圈的影响。3)大型钢储罐的风压干扰效应。选取了典型罐组为主要研究对象,测试得到了受扰储罐内外壁的风压分布。结果表明:受扰储罐位于风向上游时,迎风面内外壁风压所受干扰效应较小;受扰储罐位于风向下游时,迎风面内外壁风压所受遮挡效应显著;增大储罐之间的间距可以减小储罐间的干扰效应:受扰储罐受相邻储罐的干扰最为明显。
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