大型钢储罐的风荷载和抗风稳定承载力

摘要

储罐结构是一种典型的薄壳结构，广泛应用于石油、粮食等各类液体与固体的存储，其中，立式圆柱钢储罐是常见的储罐形式之一。随着我国石油储备基地的大规模建设，大型钢储罐被广泛地采用。大型钢储罐具有径厚比大、高径比小等特点，属于风敏感结构，在强风作用下容易失稳破坏。国内外已发生多起储罐风致破坏事故，造成了重大的经济损失及严重的环境污染。因此，研究大型钢储罐的风荷载及抗风稳定承载力具有重要意义。
　　本文以十万方大型外浮顶钢储罐为研究对象，通过数值模拟和风洞试验两种方法研究了大型钢储罐的风荷载分布规律，并通过数值模拟分析了储罐结构的抗风稳定承载力。全文主要内容如下:
　　使用Fluent模拟大型钢储罐的单体风荷载，对比不同湍流模型的计算结果，并将数值模拟结果与已有风洞试验结果进行对比，以验证数值模拟的有效性。根据数值模拟结果，分析储罐内外壁面风荷载分布规律。
　　使用Fluent模拟大型钢储罐的群体风荷载，模拟双罐排列、三角形三罐排列、正方形四罐排列三种典型排列形式下的群体风荷载，并分析风向角和间距对群体干扰效应的影响。
　　通过风洞试验研究液位高度变化对储罐内壁面风荷载分布的影响，分析二次密封装置处风荷载的变化;使用Fluent进行数值模拟，分析不同液位下储罐的流场和内壁面风压分布，并将模拟结果与风洞试验结果进行对比。
　　以实际工程中的大型钢储罐为研究对象，使用有限元软件ABAQUS对空罐及不同液位高度下的储罐抗风稳定承载力进行分析;讨论罐壁腐蚀对储罐抗风稳定性的影响;综合考虑液位提升对储罐抗风稳定承载力和二次密封装置处风压的影响，提出台风天气下液位高度的建议。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 储罐的结构形式及大型化

1．1．1 储罐的结构形式

1．1．2 储罐的大型化及技术的发展

1．2 储罐风致破坏事故

1．3 储罐风荷载及稳定性的研究进展

1．3．1 储罐及圆柱壳的风荷载

1．3．2 储罐及圆柱壳的风致屈曲

1．4 本文的主要工作

第2章 大型钢储罐单体风荷载的数值模拟

2．1 引言

2．2 流体动力学基本原理

2．2．1 基本方程

2．2．2 Navier-Stokes方程的解法

2．3 储罐风荷载的数值模拟

2．3．1 几何模型和网格划分

2．3．2 边界条件

2．3．3 湍流模型和计算参数

2．3．4 数值模拟结果与风洞试验结果对比

2．3．5 数值模拟结果分析

2．4 本章小结

第3章 大型钢储罐群体风荷载的数值模拟

3．1 引言

3．2 双罐群组

3．2．1 计算模型

3．2．2 风向角0°模拟结果

3．2．2 风向角30°模拟结果

3．2．3 风向角60°模拟结果

3．2．4 风向角90°模拟结果

3．3 三罐群组

3．3．1 计算模型

3．3．2 间距一的影响

3．3．3 间距二的影响

3．4 四罐群组

3．4．1 计算模型

3．4．2 模拟结果

3．5 本章小结

第4章 不同液位高度下储罐内壁面风压的风洞试验及数值模拟

4．1 引言

4．2 风洞试验

4．2．1 试验模型与试验装置

4．2．2 风场模拟

4．2．3 试验工况及试验参数

4．3 试验结果

4．3．1 风压分布

4．3．2 二次密封装置处的风压

4．4 数值模拟

4．4．1 计算模型

4．4．2 流场分析

4．4．3 风压分布

4．4．4 二次密封装置处的风压

4．5 本章小结

第5章 大型钢储罐的抗风稳定承载力

5．1 引言

5．2 计算模型

5．2．1 有限元模型

5．2．2 荷载

5．3 空罐状态下的抗风稳定承载力

5．3．1 特征值屈曲分析

5．3．2 几何非线性分析

5．4 储液状态下的抗风稳定承载力

5．4．1 稳定承载力

5．4．2 临界风速

5．4．3 罐壁腐蚀影响

5．5 液位高度建议

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 进一步工作展望

参考文献

作者简历