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竖向地震作用对储液罐地震响应的影响分析

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第３９卷第４期　２Ｏｌ７年８月　地震工程学报　ＣＨＩＮＡ　ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＪＯＵＲＮＡＩ　Ｖｏ１．３９　ＮＯ．４　Ａｕｇ．，２０１７　

张如林，程旭东，王淮峰，等．竖向地震作用对储液罐地震响应的影响分析［Ｊ］．地震工程学报，２０１７，３９（４）：０５９２—０５９９．ｄｏｉ：１０．　３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—０８４４．２０１７．０４．０５９２　ＺＨＡＮＧ　Ｒｕ—ｌｉｎ，ＣＨＥＮＧ　Ｘｕ—ｄｏｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｈｕａｉ—ｆｅｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｔａｎｋ￣Ｊ］．Ｃｈｉｎａ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２０１　７，３９（４）：０５９２—０５９９．ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００～　０８４４．２０ｌ７．Ｏ４．Ｏ５９２　

竖向地震作用对储液罐地震响应的影响分析　

张如林　，程旭东　，王淮峰。，管友海　

（１．中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东青岛２６６５８０；　２．厦门理＿Ｔ学院土木工程与建筑学院。福建厦门３６１０００）　

摘要：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Ｅ１一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　

１．２　ｍ处均发生了“象足”变形，竖向激励下水平相对位移增加了１４　９／６。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。　

关键词：储罐；地震响应；接触效应；提离；竖向激励　

中图分类号：ＴＵ３５２　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—０８４４（２０１７）０４—０５９２—０８　Ｄ（）Ｉ：ｌ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—０８４４．２０１７．Ｏ４．０５９２　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　

Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｔａｎｋ　

ＺＨＡＮＧ　Ｒｕ—ｌｉｎ　，ＣＨＥＮＧ　Ｘｕ—ｄｏｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｈｕａｉ—ｆｅｎｇ　，ＧＵＡＮ　Ｙｏｕ—ｈａｌ　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏ，Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ａｎｄ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５８０・Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ　２．Ｓｔｈｏｏｌ　ｏ，Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｘｉａｍｅｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｊ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｍｅｎ　３６１０００・Ｆｕｊ　Ｊａｎ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋｓ　ｉｓ　ａ　ｍａｔｔｅｒ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｃｏｎｃｅｒｎ　ｔｏｄａｙ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　

ｓｔｕｄｙ，ｗｅ　ｕｓｅｄ　ＡＮＳＹＳ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ａ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔａｎｋ—ｌｉｑｕｉｄ　ｃｏｕｐｌｅｄ　

ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒ　ｔｈｅ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｔａｎｋ　ｂｏｔｔｏｍ　ａｎｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｗｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｔｈｅ　Ｅｌ—Ｃｅｎｔｒｏ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｗａｖｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｏｒｔｈ－ｓｏｕｔｈ　ａｎｄ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｔｙｐｉ—　

ｃａｌｌｙ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ａｓ　ｉｎｐｕｔ。ｆｏｒ　ｏｕｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔａｎｋ～ｌｉｑｕｉｄ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎ，ｗｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　

ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ　ｉｎ　ｔｗｏ　ｃａｓｅｓ—ｕｎｄｅｒ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ａｎｄ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｏｕｒ　ｓｔｕｄｙ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　

ｅｌｅｐｈａｎｔ—ｆｏｏｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｏｃｃｕｒ　ｗｉｔｈｉｎ　１．２　ｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔａｎｋ　ｗａｌｌ　ｂｏｔｔｏｍ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｌａｒｇｅｒ　

收稿日期：２０ｌ６一Ｏ９—０６　基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１４０８６０９，５１６０８４６２）；山东省高等学校科技计划项目（Ｊ１４Ｉ　Ｇ５１）　作者简介：张如林（１９８３一），男，博士，讲师，主要从事土与结构相互作用及储罐抗震方面的研究。Ｅ　ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｒｕｌｉｎ＠ｕｐｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。

　第３９卷第４期　张如林，等：竖向地震作用对储液罐地震响应的影　！！！　

ｒｅ１ａｔｉｖｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔａｎｋ　ｗａｌｌ　ｂｏｔｔｏｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｓｅ　ｗｉｔｈ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　

ａｎｄ　ｖｅｒｔｉｃａ１　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｗｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｔｈｅｒｅ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｏｍｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　

ｈｏｏＤ　ｓｔｒｅｓｓ，ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔａｎｋ　ｗａｌｌ，ａｎｄ　ｂａｓｅ　ｓｈｅａｒ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｇｒｅｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ａｎｄ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ｌｉｔｔｌｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｓｈａｋｉｎｇ　

ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｑｕｉｄ．Ｗｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｓｏｍｅ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｕｐｌｉｆｔ　ａｎｄ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｓｌｉｐｐａｇｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｔａｎｋ　ｗａｌｌ　

ｂｏｔｔｏｍ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ａｎｄ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　

ｖｅｒｔｉｃａ１　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔａｎｋ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｉｓ　ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ　ａｎｄ　ｃａｎｎｏｔ　ｂｅ　ｉｇｎｏｒｅｄ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　

ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｓｅｉｓｍｉｃ—ｗａｖｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｅ　

ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｓｔｏｒａｇｅ　

ｔａｎｋｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ；ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｃｏｎｔａｃｔ　ｅｆｆｅｃｔ；ｕｐｌｉｆｔ；ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　

Ｏ　弓Ｉ言　

近年来世界各国对能源的需求日益增加，大型　

储液罐已成为能源储备的重要基础工程。我国是一　个地震多发的国家，确保结构尤其是生命线工程在　

地震作用下的安全十分重要＿１　。储液罐常储存易　

燃、易爆的液态介质，地震时一旦遭到破坏，大量可　

燃液体外泄和燃烧，甚至会导致毁灭性的次生灾　

害Ｅａ］。在地震区，储罐的抗震性能是储罐设计的关　

键问题之一。储液罐的抗震性能直接关系到本身的　安全及震后周围的环境，其研究日益引起世界各国　

学者的不断关注。　

目前国内外研究多集中于储罐仅在水平地震激　

励下的状态，而实际地震动并非是一维激励。强震　

观测和多次震害调查表明，地震是多维的随机振动。　

震害表明各种结构的破坏受多维地震动的影响占有　

一定权重。近年来，国内外学者逐渐开始重视结构　

在多维激励下的地震反应研究，关于地震波多向激　

励研究在工程结构领域应用较多。文献［１，６—７］研　

究了多向地震动激励对结构地震响应的影响，大多　

结论表明多维地震动相比一维激励时结构的响应有　

所放大，其影响不可忽略。目前关于大型储液罐多　

维地震响应研究较少，还缺乏应用于工程实际的研　

究成果。方舟　］研究了地震动的多维性对储液罐竖　

向绝对位移和提离响应的影响，认为多维组合激励　

下模型罐提离值甚至高于不同方向的一维激励作用　

下提离值之和。陈贵清等¨ｇ　研究了１０万ｍ。储罐　

在水平地震激励和竖向地震激励下的响应，认为罐　

内液体晃动在水平地震激励下比竖向地震激励下大　

很多，且其应力和应变比竖向地震激励下要大，说明　

水平地震激励对罐体的影响很大。刘勇口。　对储罐　在三种典型地震波作用下的动力响应进行研究，并　

对水平与竖向地震作用下储液罐的动力响应与水平　

地震作用下储液罐的动力响应进行分析比较，结果　

表明地震竖向分量对储罐响应的影响相对较小，可　

以忽略。　

以上文献大多只分析了仅有竖向地震分量激励　

的情况，与实际情况差别较大，另外由于输入地震波　

类型、罐体尺寸以及计算理论等的差异，关于竖向激　

励对储罐地震响应影响的结论并不统一。为研究竖　

向地震激励对储液罐地震响应的影响，本文采用数　

值模拟方法建立储液罐一液体耦合模型，考虑罐底和　

地基间的非线性接触效应，得到结构在水平地震激　

励以及水平和竖向同时激励条件下的动力响应，分　

析竖向地震激励对罐壁应力及变形、液面晃动以及　

罐底提离等响应的影响程度，为储罐的抗震设计提　

供一定的参考。　

１储罐结构计算参数　

１．１有限元模型　计算的立式钢制储液罐模型主要包括储罐、液　

体和承台三部分。罐体部分采用Ｑ２３５，内径为　

１８．９　ｍ，高１４．５５　ｍ，其中罐壁高１２．３０　ｍ，拱顶高　

２．２５　ｍ，液面高度１Ｏ．５　ｍ。罐壁厚度分为４段，自罐　

底分别为１２　ｍｍ、１０　ｍｍ、８　ｍｍ和６　ｍｍ。拱顶厚度　

为６　ｍｍ。罐体材料参数：弹性模量２．Ｏ６×１０“Ｐａ，泊　

松比０．３，自重７　８００　ｋｇ／ｍ。，线膨胀系数１．０×１０一。　

罐体中部设有加强圈，采用角钢１００×６３×８。　

基于以上参数，利用ＡＮＳＹＳ分析软件建立该　

储罐的有限元模型，其中罐壁、底板和拱顶均采用　

Ｓｈｅｌｌ

ｌ８１单元。假定储液为不可压缩流体，采用

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立式锚固储液罐与地基相互作用地震反应分析

立式锚固储液罐与地基相互作用地震反应分析

油气田地面工程第２７卷第６期（２００８．６）　

立式锚固储液罐与地基相互作用地震反应分析　

陈建胡　陈玲俐　叶志明（上海大学土木工程系）　

摘要：采用双自由度的集总参数模型来模拟地基阻抗，建立立式锚固储液罐的地基一储罐一　储液动力相互作用分析模型。对４种规格储液罐在不同基地土条件下进行地震反应分析，结果表　明，土一结构动力相互作用对储液罐的基底剪力及倾覆力矩有较大的影响。地基土越硬，储液罐　的基底剪力及倾覆力矩也越大；当储液体积增大时，储液罐的基底剪力及倾覆力矩也随之增大，　而储液晃动位移反而减小。　关键词：集总参数模型；地震反应；储液罐；土一结构相互作用　立式储液罐广泛应用于工业工程及市政工程，其　抗震问题迄今没有很好解决，影响储液罐地震响应的　因素较多，为研究这类问题，通常需要进行一定的简　化假设。目前储液罐简化模型用的较多的是１９８３年　Ｈａｒｏｕｎｌ１　提出的Ｈａｒｏｕｎ—Ｈｏｕｓｎｅｒ模型。该模型能较　精确地模拟固液耦合，但是没有考虑储罐与地基土的　相互作用。为了研究土体在地震中对罐体动力反应的　影响，需要引入地基土的动力阻抗。　本文采用我国专家栾茂田、林皋　一提出的八参　数双自由度集总参数模型来模拟地基土的动力阻　抗，该模型含有３个弹簧、３个阻尼器和２个质量　块等八参数，其组合方式见图１。该模型能在较宽　的频率范围内提供较高的计算精度，也比较适合用　于不同类型的地基土。罐体部分仍采用Ｈａｒｏｕｎ—　Ｈｏｕｓｎｅｒ模型来模拟固液耦合效应，建立的立式锚　固储液罐动力学分析模型如图２。利用所建立的模　型对４种规格的储液罐在不同地基土条件下进行了　地震反应分析。　

图ｌ地基动力阻抗双自由度集总参数模型　１　动力学模型　结合Ｈａｒｏｕｎ—Ｈｏｕｓｎｅｒ模型和地基土集总参数模　型建立的基底隔震储液罐动力学模型图２所示。　图２中，ｍ　、ｋ　分别是对流分量的质量及刚度；　ｍ，、ｋ，分别是柔性脉动分量的质量及刚度；ｍ。是刚　性脉冲分量的质量。这些参数计算方法及数值大小　可参考文献Ｅｌｉ。　基金论文：上海市科委重大基础研究项目（０４ＪＣ１４０３５）　、ＭＭ。一＝ＭＭｉ＾（埘ｍ，　ｑ　基　￣－害ＣＩｊ　－荟　Ｋ：￣　＝　Ｋ　ｉｃ　ｋ篓　

hk隔震立式储罐地震响应

hk隔震立式储罐地震响应

隔震立式储罐地震响应的反应谱分析

摘要：针对基底隔震储罐的地震响应问题，将储罐简化为三质点体系力学模型，考虑罐内连续液体质量等效为对流质量、脉冲质量和刚性质量，并引入隔震刚度。根据各质点的刚度和质量计算各个质点的自振周期，确定动力放大系数，进而分析隔震立式储罐的地震响应。与时程分析对比，验证反应谱法的适用性，并研究场地类别、隔震周期、高径比等主要参数对隔震储液罐地震响应的影响。结果表明：反应谱法计算隔震立式储罐地震响应是偏于安全的；随着场地类别和隔震周期的增大，基底剪力减震率逐渐降低，晃动波高变化不明显，隔震后，液动压力呈线性变化，液动压力随着场地类别和高径比的增大而增大，随着隔震周期的增大而减小；高径比存在一定的优化段，在优化段内，基底剪力减震率较大，隔震效果较好。

关键词: 立式储罐；隔震；地震响应；反应谱

0 引言

对于立式钢制储罐基底隔震，可以通过反应谱法求得储罐地震响应，也可以通过时程分析法得到储罐的实时解。但作为设计人员来说，工程中最关心的问题是储罐地震响应的最大值。如不考虑累计损伤作用，反应谱法计算得到的地震作用已能够满足工程的需要。

本文主要采用反应谱方法计算立式钢制储罐基底隔震体系的地震动响应。主要目的：（1）说明反应谱法计算基底隔震储罐地震响应的过程；（2）验证反应谱法计算基底隔震储罐地震动响应的可行性；（3）研究影响储罐基底隔震的主要参数。这些参数包括：隔震周期、场地类别、高径比。

1 基底隔震储液罐简化力学模型

假定液体无旋无粘，不可压缩，在地面运动与上部结构底部之间引入隔震层运动)(0tx，考虑表面重力波的影响，考虑液固耦联的壳壁弹性振动。设总速度势为。

在上述假定条件下，储液的速度势应满足如下的拉普拉斯方程和边界条件[1,2,3]：

0112222222zrrrr （1）

储罐的地震作用

储罐的地震作用

储罐的地震作用

地震对储罐的作用主要是储液的功液压力以及罐体白重的惯性力，后者的地震影响仅

占1％一5％，而动液压力在工程中又分为液面晃动(长周期位移型地震引起)产生的对

流压力和罐液掐这振动(由短周期加速度型地震引起)产生的脉冲压力。60年代以前动

液压力计算中部假设罐壁为刚性，但内储油罐展害看出．根据刚性壁假定(动力系数

A＝1)计算的动液压力比实际发生的要小，是不够安全的。目前国内外采用地震反应谱

汁算储罐的地震力，已考虑了罐壁的变形。理论上已经证明，计算液面晃动高度和对流压

力时可不考虑罐壁变形的影响。在储油罐的实际展害及振动台试验中，因耀体制造的偏差

会产生环向的壳体多波振动效应，仪在理论计算中．理想的壳体地震时只能出现M＝1的

梁式振动．不可能出现多波的壳体振动。在计算耀液稻连扳动引起的脉冲压力时，可不考

虑液面足动(也即忽略重力波的影响)。由于这两种振动的周期相差甚大，如精连振动的

周期一般小于0．汰储液晃动的周期对于现有的储油罐系列为3——12*两种振动基本上

没有锅连影响．在地震时不可能同时出现最大值。

目前在计算储油罐地展作用时，无论是动液压力或是罐体馈性力，都是假设储罐固定

在基础上，作为一端固定的悬臂结构考虑，有的将储罐作为圆柱壳“j．也有的简化成圆

截面的梁“j。按壳体储液闲连振动计算时．采用有限元法(将壳及液体都分为有限

元)。’或半解析半数值法(将壳作为有限元，液体按速度势的解析法)““；按悬臂梁及液

体锅台振动汁算时常采用解析法．解振动方程时一船用无水振型来代替有水振型，进行近

似计算。以上内容由 储罐 为您收集整理

外浮顶对大型立式储液罐地震反应影响分析

外浮顶对大型立式储液罐地震反应影响分析

外浮顶对大型立式储液罐地震反应影响分析

摘 要：基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动和罐底提离的大型外浮顶立式圆柱形储液罐有限元模型，计算了地震作用下大型外浮顶储油罐的动力响应。通过各种浮顶形式（平浮顶、正锥形，倒锥形）的外浮顶储罐与敞口罐地震反应的比较分析，说明了各种形式浮顶的存在对储液罐地震反应产生的影响，从而确定了最优浮顶形式。

关键词：立式储液罐；外浮顶；地震反应

1． 前言

地震是人类社会发展中最严重的自然灾害之一，石油工业设备的地震震害不仅带来巨大的经济损失，而且还易引发次生灾害[1]，导致极为严重的后果。因此，安全、合理地进行立式储液罐的抗震设计，一直是国内外学者所关心的问题。多年来世界上许多国家对其进行了大量的研究[1,2]，取得了阶段性的进展。近年来，我国石油化工业发展迅速，建造了更多、更大的立式储油罐。我国是一个多地震国家，许多立式储油罐都位于地震区，存在着抗震问题。特别在当前面临一个新的地震活动高潮期，由于外浮顶储油罐大大减少了储油蒸发损耗，结构易于处理，是石油化工企业中的主要储油容器，大型储油罐几乎全部采用外浮顶形式，而且直接浮放在基础上 [3]。因此，自由搁置在基础上的大型外浮顶储油罐是抗震研究的主要对象。

已有震害表明[4~8]，自由搁置的外浮顶储油罐遭受地震时的主要危险在于：1) 液面晃动，储油外溢，浮顶卡住，撞击、摩擦起火。若因液面下降，在浮顶下形成局部汽化则更为危险。造成这种破坏的主要原因是液面晃动过大所致。2) 罐壁因失稳和强度不足造成“菱形”或“象足”形局部严重变形，导致破裂，使储油外泄。象足凸鼓多发生于近地面处；菱形折皱多产生于近地面处，但立即分两支各自延斜线向上传播，象足失稳是罐壁局部由于竖向受压而失稳，一小段薄壁向外凸出，当作用力逐步向一侧移动时，则形成一条水平失稳带，失稳区可以是一段圆弧。但严重时常可沿环向延伸遍及整个圆周，形成一条车胎形的环箍，名为象足凸鼓。3) 罐底贴角处破坏，局部底板脱空，焊缝开裂，造成这种破坏的主要原因是由于储液罐的提离和储液罐基础的不均匀沉降。4) 连接管道断裂，储油泄漏。这种破坏是由于储罐的提离、移位和沉陷所引起的，一般可采用构造措施加以防止。