大型立式浮顶储罐隔震研究
Study on The Isolation of Large Vertical Storage Tank
当前的世界是个能源的世界,尤其是随着工业的发展,对石油的需求量的不断增长,特别是在近半个世纪发生了多次石油危机、严重影响了国家的经济发展,石油的储备关系到国家的发展和安全.为了实现中国梦的伟大构想,积极应对短期石油供应冲击,我国正加快战略石油储备工作,为满足日益增长的能源储备和输送的需求,保障原油的不断供给,立式圆柱形储油罐的建造量不断加大,而且向着体型大、浮放式发展.大型立式储罐也就成了一种具有战略意义的重要构筑物.立式储罐作为战略石油储备基地和石油化工企业的重要工业设施,多储存易燃、易爆等危险性介质,如何保障储罐在地震灾害中的安全可靠运行,降低地震造成的经济损失和引发的次生灾害是土木工程领域重要的研究课题.本文引伸结构基础隔震思想,针对大型立式浮放储罐,考虑浮顶对液体晃动的影响,采用数值分析方法,研究基底隔震大型立式储罐地震响应,并进行了大型立式储罐隔震的实验研究,主要研究内容如下:(1)阐述了本课题的研究背景和选题的重要意义,介绍了储罐的种类和构造以及立式储罐常用的基础形式及其选用原则,系统地总结归纳了储罐结构抗震及隔震领域的理论研究、数值分析及实验研究的主要内容及其进展情况,重点论述了国内外隔震储罐数值模拟分析研究进展,提出了本文研究的主要内容.(2)利用流体力学知识,根据速度势理论,将储液简化为刚性脉冲质点、液固耦合质点和晃动质点三质点简化体系,并考虑刚性浮顶圆板振动对储液晃动的影响,建立了基础隔震的大型立式储罐三质点平动的力学简化模型,给出无摆动基础隔震的运动方程;在此基础上,提出考虑地基基础摆动影响的基础隔震立式储罐的简化模型,并推导给出考虑摆动影响的基础隔震立式储罐的运动方程;提出桩基础与承台间设置隔震装置的储罐隔震系统,并考虑桩土之间的相互作用,推导桩基侧向刚度,建立桩土相互影响基础-储罐-液体体系的运动方程.(3)研究基础隔震大型立式浮顶储罐的基本特征,给出储罐的特征周期和振型.(4)针对工程中常见10种储罐,按照规范方法计算储罐的特征周期、基底剪力、基底弯矩和晃动波高;根据储罐的运动方程,按照不考虑摆动和考虑摆动两种工况,采用振型分解反应谱法计算基础隔震立式储罐的地震响应;利用Matlab编程语言,采用Wilson-θ法进行时程计算分析,时程计算时分别输入金门地震波、外交公寓地震波、El centro地震波和Pasadena地震波,得出储罐在四类不同地震波(或场地)作用下的地震响应.研究基础隔震周期及阻尼等参数对基础隔震效果的影响.(5)系统归纳总结近断层地震的特点,研究近断层地震动作用下,基础隔震立式储罐的动力响应.结果表明:基底隔震可以有效提高储罐的抗震性能,延缓罐壁屈曲破坏的发生,起到有效控制地震响应的目的.(6)进行了立式储罐缩尺模型的地震动台实验研究,结果表明,基础采用滚动隔震体系可有效地降低地震反应,与隔震体系理论分析及其数值分析结果是一致的,也进一步验证了采用基底隔震装置后可降低烈度设计.
- 作者：
- 郝进锋
- 学位授予单位：
- 东北石油大学
- 专业名称：
- 石油与天然气工程
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 刘扬；孙建刚
- 中图分类号：
- TE972
- 关键词：
- 立式浮顶储罐；基础隔震；地震响应；近断层；摆动
- Vertical floating roof storage tank; base isolation; earthquake response; nearfault; swing;