【摘 要】
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液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)是一种优质、高效的清洁能源。由于LNG易燃易爆,LNG储罐在地震作用下的破坏将会带来巨大的经济损失和严重的社会影响,其地震安全性是学者们关心的重要问题。大型LNG储罐属于城市生命线工程,确保在地震作用下的结构安全具有十分重要的实际意义。我国大型LNG储罐尚未形成专门的抗震规范,有些设计采用或借鉴欧洲和美国的规范。本文立足于国内外储
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液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)是一种优质、高效的清洁能源。由于LNG易燃易爆,LNG储罐在地震作用下的破坏将会带来巨大的经济损失和严重的社会影响,其地震安全性是学者们关心的重要问题。大型LNG储罐属于城市生命线工程,确保在地震作用下的结构安全具有十分重要的实际意义。我国大型LNG储罐尚未形成专门的抗震规范,有些设计采用或借鉴欧洲和美国的规范。本文立足于国内外储罐抗震研究现状,采用理论推导、数值模拟和试验相结合的方法,对大型LNG储罐地震响应进行了系统研究。主要内容如下:(1)通过振动台试验对储罐进行抗震研究,详细描述了深、浅液位下储罐的液体晃动形态,得到了动水压强、晃动波高、位移、应变等参数的时程曲线,对深、浅液位的储罐地震响应进行分析,当地震动峰值加速度(seismic peak ground acceleration,简称PGA)相同时,浅液位的液体晃动幅度大于深液位。(2)针对大型LNG储罐液体晃动存在的大变形问题,采用SPH-FEM(Smoothed Particle Hydrodynamics-Finite Element Method)耦合算法对储罐进行抗震分析,有效避免了传统网格算法中模拟液体的大幅晃动存在的网格畸变的问题。SPH方法具有处理大变形问题的优势,该方法可以在FEM难以求解大变形的区域用SPH粒子离散,能够充分发挥SPH和FEM各自的特点。(3)采用SPH-FEM算法对大型LNG储罐进行地震动响应分析,研究了充液量、场地效应和PGA等参数的影响。当充液量和PGA一定时,软弱场地的LNG储罐的外罐位移和基底剪力最大,其次是中等场地,坚硬场地最小。提出了大型LNG储罐的简化力学模型,考虑了内罐的流固耦合效应及保温材料膨胀珍珠岩对内、外罐的作用,可用于大型LNG储罐的抗震计算。(4)提出了储罐的减震措施,在储罐内部分别安装竖向-环向隔板和隔板-钢丝网,增加了结构刚度,同时隔板和钢丝网增大了阻尼,耗散流体运动能量。试验验证了新的减震措施对储罐减震效果良好,结果表明浅液位减震效果优于深液位。新的减震措施有效降低了储罐的位移和应变,解决了储罐减震研究中出现的液体晃动波高幅值过大的问题,减震抑晃效果明显,储罐结构整体的安全性能提高。
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