爆破荷载作用下无锚固大型储油罐动力响应实验研究

摘要

在国家石油储备基地改扩建工程中，由于地理、地质条件的限制，往往需要对储油罐近区的岩土地基等进行爆破作业，爆破地震效应严重影响在役无锚固储油罐的结构安全。为了确保在爆破施工过程中在役储油罐的安全，有必要对无锚固储油罐在爆破荷载作用下的动力响应及破坏机理进行系统研究。本文首先系统分析总结了立式储油罐在地震波作用下的破坏机理;进一步设计了一套同时测量多参数且能多次重复的实验装置，模拟在役无锚固储油罐在爆破冲击荷载作用下的动力学响应规律;最后，运用ANSYS模拟计算软件进行了扩展研究。综合得出以下几点结论，可供设计、施工参考。
　　1.爆源近区爆破地振速在爆心与罐心连线方向的水平分量最大。罐壁质点竖直方向振动速度与加速度都有高程放大效应。而罐壁质点罐壁径向震速由于受到罐内液体的晃动的影响，没有表现出高程放大效应，并且在罐壁底到罐高1/5位置震速出现随罐高减小的趋势。
　　2.在爆破振动作用下储液高度对无锚固储罐的动力响应有较大影响，随着储液高度的增加，罐体质点加速度、速度、以及应变的峰值整体增强。尤其是在储液大于1/2时，随储液高度增加罐体质点的速度、加速度大幅增长。因此为保证储罐壁的安全，储罐储液高度不宜大于1/2罐。
　　3.爆破振动作用下罐体的各项动力参数沿罐壁径向分布为:从罐壁底部向罐顶，整体有衰减趋势。沿罐壁环向分布为:从迎爆面向侧面至背爆面先减小后略有增加。罐壁高度1/5以下其应变峰值整体较大，极大值主要集中在罐壁迎爆面底部，罐壁迎爆面底部是危险位置。分析罐底板得出:罐底板的径向应力较为突出，底板边缘应变最大，是底板的危险位置。
　　4.分析储罐底板竖向位移可知:储液高度增加，储罐底板的提离作用增强。其罐底质点的提离高度最大的时刻并不一定是振动波传到达的时刻而是振动波传过之后，且储液高度越高提离高度峰值出现越早。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 立式储油罐在地震波作用下动力响应研究现状

1．2．2 立式储油罐抗震安全可靠性标准研究现状

1．2．3 爆破地震效应的研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 振动作用下立式储液罐罐体及液体动力响应机理

2．1 流固耦合基本原理

2．1．1 流体力学基本方程

2．1．2 储罐液体耦合理论

2．2 立式储罐振动响应的力学简化计算模型

2．2．1 刚性基本理论

2．2．2 弹性基本理论和三质点力学模型理论

2．3 罐底提离计算理论

2．4 小结

第3章 无锚固立式储罐在爆破荷载作用下的实验研究

3．1 实验模型设计

3．2 测点布置及测试方法

3．3 实验方案

3．4 实验测试结果与分析

3．4．1 地基中的爆破振动分析

3．4．2 储罐壁振速频率分析

3．4．3 储罐壁加速度分析

3．4．4 储罐壁应变分析

3．4．5 罐底应变分析

3．5 小结

第4章 模型罐的数值模拟及分析

4．1 储罐有限元模型建立

4．2 罐壁模态分析

4．3 罐体质点速度、加速度、应力数值分析

4．4 储罐底提离分析

4．5 小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 不足与展望

致谢

参考文献

附录