考虑流固耦合大型储液罐的地震反应分析

摘要

为了保持足够的战略石油储备来应付石油危机,增加储罐的数量和增大储罐容积是增加油库储备能力的最经济、最有效的途径,储罐的大型化成为必然趋势。然而由于近年来地震频发,大型储罐的抗震安全性则显得尤为重要。本文针对大型储液罐的地震反应进行研究,在模型分析中考虑了流固耦合对于大型储液罐抗震性能的影响,为其抗震设计和抗震性能的研究提供了参考。
　　 本文首先系统地介绍了目前大型储液罐的地震反应分析研究现状,流固耦合动力学、有限元理论、地震反应分析以及数值分析方法等一些相关理论,然后结合天津地区某3万立方米的大型储液罐工程,通过以上研究方法对其抗震性能进行研究。在抗震分析中首先建立了储液罐的有限元模型并对其进行地震反应时程分析,分别得到罐壁各关键点的地震响应规律。然后建立了考虑流固耦合的储液罐有限元模型,其中对于流体和固体划分网格后的两个重合节点在交界面法向处的位移强制保持一致,而切向位移不作约束。通过对该模型进行地震激励,得到流体、罐壁等各关键点的地震响应规律。并将两种模型的计算结果进行对比,得到一些有益的结论。通过以上分析得到:对于空罐,罐壁各节点的地震反应随高度均接近线性增加,不会出现“象足”失稳现象;而考虑流固耦合后,储液罐罐壁各节点的地震反应最大值均出现在靠近罐底位置,然后随着高度增加逐渐减小,到了罐壁和罐顶接触处又略有反弹。由结果说明对于考虑流固耦合时,储罐会出现明显“象足”失稳现象,在抗震设计时应对罐底部位着重考虑。