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立式钢制储罐具有材料耗用指标低、节约占地面积、节约成本以及方便维护等优点,广泛应用于国家战略石油储备库中。地基沉降会对在役储罐的结构和力学性能产生很大的影响,造成储罐的屈曲失稳,严重危害石油储备库的安全。本文采用现场测量、理论推导和非线性有限元数值模拟等方法,研究了在役储罐在沉降以及沉降和轴向载荷联合作用下的屈曲响应,开展的主要工作如下:(1)采用水准观测法,对我国中海油宁波某公司G1307号和G106号在役储罐的地基沉降进行了实地测量,得到了在役储罐各个沉降观测点的高程值,并分析了测量结果的环线闭合差,保证了测量精度。(2)提出一种基于实测沉降数据的沉降曲线拟合方法。针对沉降观测点数量为奇数和偶数两种不同情况,采用离散傅里叶变换方法,推导沿罐壁底部圆周方向连续分布的傅里叶级数形式理论表达式,实现了对所有实测沉降数据的充分利用,准确地反映罐壁底部的实际沉降情况。(3)基于Riks非线性大变形数值模拟技术,提出一种基于实时检测沉降数据的在役储罐屈曲稳定性分析方法。模拟固定顶储罐和浮顶罐在不均匀沉降作用下的屈曲响应,分析罐壁变形与不均匀沉降之间的关系以及抗风圈对浮顶罐变形和屈曲响应的影响规律,并研究罐内储液对固定顶储罐和浮顶罐结构响应的影响。(4)基于在役储罐不同时刻的实测沉降数据,采用最小二乘原理与Lagrange二次插值法,提出一种在役储罐沉降屈曲预测方法。建立罐壁底部每一个观测点的泊松曲线沉降预测模型,预测未来任意时刻罐壁底部的沉降情况,模拟分析储罐在不同时刻沉降作用下的结构响应,预测在役储罐的沉降屈曲时刻,并比较同一周期检测沉降数据下,固定顶储罐与浮顶罐结构响应的区别。(5)提出一种在役储罐在沉降和轴向载荷联合作用下的屈曲分析方法。基于实时检测沉降数据,采用非线性大变形数值模拟技术,模拟分析等壁厚和阶梯状变壁厚在役储罐在沉降和轴向载荷联合作用下的屈曲响应。建立反正切函数描述来阶梯状变壁厚形式,采用分离变量、小参数摄动和傅里叶级数展开等方法,推导阶梯状变壁厚储罐轴压屈曲临界载荷理论解析式,分析沉降对储罐轴压稳定性的影响。模拟罐内储液处于不同高度时,储罐在沉降和轴向载荷联合作用下的屈曲响应,分析储液对储罐屈曲失稳的影响。