全容式lng儲罐混凝土外罐的罐壁罐頂厚度取值研究

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1、l6石油工程建設(shè)李金光，鄭建華，姚國明，李林凱(中國寰球工程公司，北京100029)摘要：全容式LNG儲罐的混凝土外罐是由圓形底板、圓柱形預(yù)應(yīng)力罐壁和穹形罐頂組成的超靜定結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行混凝土外罐的有限元分析時(shí)．必須先確定外罐的幾何尺寸．這些幾何尺寸的合理與否關(guān)系到計(jì)算分析的效率。通過對外罐在起控制作用的荷載作用下的受力特性分析．結(jié)合不同設(shè)計(jì)極限狀態(tài)下的強(qiáng)度和正常使用要求及各自的荷載系數(shù)．推導(dǎo)了罐頂厚度、罐頂腋部厚度和罐壁厚度的計(jì)算公式。研究結(jié)果已應(yīng)用到江蘇LNG、大連LNG的工程設(shè)計(jì)中．證明是正確的關(guān)鍵詞：全容式LNG儲罐；外罐；厚度取值；有

2、限元分析doi：10．3969／j．issn．1001-2206．2012．03．0050弓l言在各個工況下的力學(xué)特性．而必須借助有限元方法全容式LNG儲罐是由鋼質(zhì)內(nèi)罐和混凝土外罐來對其進(jìn)行大量的數(shù)值分析在進(jìn)行混凝土外罐的組成的聯(lián)合體(見圖1)【n．其內(nèi)罐作為主容器用來有限元分析時(shí)，必須先確定外罐的幾何尺寸．建立盛裝低溫LNG液體；混凝土外罐作為次級容器．分析模型．然后才能進(jìn)行各種荷載工況的受力分為LNG的存儲提供安全的內(nèi)部操作環(huán)境．保護(hù)內(nèi)析。這些幾何尺寸的合理與否關(guān)系到計(jì)算分析的效罐免遭外部災(zāi)難事件的破壞．且在內(nèi)罐破裂時(shí)能提率．若尺寸不合

3、適，還需修改模型．重新分析供安全保護(hù)，防止液體泄漏到罐外。本文通過對外罐在起控制作用的荷載作用下的受力特性分析．結(jié)合不同設(shè)計(jì)極限狀態(tài)下的強(qiáng)度和正常使用要求及各自的荷載系數(shù)．推導(dǎo)了罐頂厚度、罐頂腋部厚度和罐壁厚度的計(jì)算公式。罐壁1混凝土外罐的基本尺寸和計(jì)算參數(shù)罐壁1．1混凝土外罐的基本尺寸混凝土外罐的基本尺寸見圖2圖1全容式LNG儲罐示意混凝土外罐是由圓形底板、圓柱形預(yù)應(yīng)力罐壁和穹形罐頂組成的超靜定結(jié)構(gòu)．且其受力狀況比較復(fù)雜，既要承受正常操作荷載、試水試壓等施工荷注：D為外罐的內(nèi)直徑，m；t為罐頂中心部位的厚度，m；th為罐載的作用，還要承受

4、外部爆炸荷載、飛行物沖擊、頂腋部的厚度／m；t為罐壁的厚度／m；0為罐頂腋部的傾角／地震、外部火災(zāi)和內(nèi)罐泄漏等異常作用，因此，在(。)；R為罐頂?shù)那拾霃剑痬，一般情況下，R的取值為(0．8～1．2)D。對其進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)．無法通過簡單的分析獲得其圖2混凝土外罐的幾何尺寸第38卷第3期李金光等：全容式LNG儲罐混凝土外罐的罐壁罐頂厚度取值研究171．2對厚度取值起控制作用的荷載工況常操作階段的蒸氣內(nèi)壓q(kPa)和氣壓試驗(yàn)時(shí)的對混凝土外罐的截面厚度取值起控制作用的荷氣體內(nèi)壓q(kPa)。其計(jì)算原則為：載主要有：(1)承載力極限狀態(tài)(ULS)

5、計(jì)算，允許混凝(1)罐頂混凝土自重q，其計(jì)算公式為qc=P。土受拉開裂，拉力全部由鋼筋承擔(dān)。gt／1000kPa)，可近似取qc=25f，該荷載使罐頂(2)正常使用極限狀態(tài)(SLS)計(jì)算，不允許截面受壓(式中P。為混凝土密度／(kg／m~)，g為重混凝土受拉開裂．拉力由鋼筋和混凝土共同承擔(dān)。力加速度，取9．81(m／s2)，t為罐頂厚度／m)。2．1．1ULS狀態(tài)計(jì)算(2)正常操作階段的蒸氣內(nèi)壓q(kPa)，一般內(nèi)壓使罐頂受拉．自重使罐頂受壓．因此荷載取29kPa．該荷載使罐頂和罐壁截面受拉。組合后的值qurs應(yīng)取下面兩組組合g、g中的較大

6、(3)氣壓試驗(yàn)時(shí)的氣體內(nèi)壓q，，一般取1．25值。倍的蒸氣內(nèi)壓，即36．25kPa，該荷載使罐頂和罐gl=M(ULS)q一。(ULS)q=壁截面受拉1．2×36．25—1．0×25t=43．5—25￡(kPa)(4)內(nèi)罐泄漏后液體對罐壁的靜水壓力釓，q2=(ULS)g一(ULS)q=計(jì)算公式為qL=pLgH／1000(kPa)，該荷載使罐1．4×29—1．0×25t=40．6—25t(kPa)壁截面受拉(式中P為液體密度／(kg／m，)，H為液可見，ql>q2，故令q吣=q1。體高度，m)。罐頂截面單位寬度上的拉力‰(kN)：(5)施加于罐

7、壁的環(huán)向預(yù)應(yīng)力荷載q，該荷：×tr×1．0：墜(1)二載除用來平衡蒸氣內(nèi)壓口和靜水壓力qL對罐壁產(chǎn)r截面所需的鋼筋面積為A(mm)：生的拉力外．還對罐壁施加lMPat31的附加壓應(yīng)力。A：：：二2一×1000(2)，,mtt，’JrzJy1．3各荷載工況對應(yīng)的荷載系數(shù)式中鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值／MPa。在設(shè)計(jì)極限狀態(tài)ULS(承載力極限狀態(tài))和．2．1．2SLS狀態(tài)計(jì)算SLS(正常使用極限狀態(tài))條件下．各荷載工況對g1=(SLS)q一。(SLS)q應(yīng)于外罐的罐頂和罐壁有不同的荷載系數(shù)．分述如=1．0×36．25—1．0×25t=36．25—25

8、t下：q2=(SLS)g一(SLS)q。(1)混凝土自重荷載系數(shù)，對SLS狀態(tài)計(jì)=1．0×29—1．0×25t=29—25t算，取1．O：對ULS狀態(tài)計(jì)算，因?yàn)樽灾厥构揄斒芸梢姡?/p>