基于新型支座结构的储罐网壳顶关键技术研究

摘要

随着成品油储罐的大型化，储罐的罐顶大多采用各种结构形式的单层球面网壳，但是国内对储罐网壳顶的研究还不够系统与深入。本文在课题组已有研究成果的基础上，首先对适用于50000 m3网壳顶储罐的新型支座结构开展了足尺模型试验研究，验证了其在设计工况下的安全性和可靠性，然后对采用这种支座结构形式的不同容积网壳顶储罐进行了静力分析与整体稳定性分析，研究了不同因素对网壳顶强度、刚度和整体稳定性的影响，最后从轻量化的角度提出了一种新的大型储罐变截面网壳顶结构。开展的主要工作如下：
　　(1)针对课题组开发的一款新型支座结构，经尺寸优化分析后，设计制作了适用于50000 m3网壳顶储罐的新型支座结构足尺模型并开展试验研究，分析比较了设计工况下试件各测点Tresca等效应力强度的试验实测值与有限元分析结果，试验结果和数值模拟结果均表明新型支座结构性能良好，满足设计要求。
　　(2)对采用新型支座结构形式的储罐网壳顶开展了考虑上下部协同工作影响的静力分析计算，探讨了矢跨比、网壳分割频数等网壳参数对罐体力学性能的影响规律，以及圈梁尺寸、罐壁顶部厚度等罐体参数对网壳顶力学性能的影响规律。同时提出了一种储罐网壳顶强度与刚度计算的简化方法，并在不同容积网壳顶储罐中验证了该方法的正确性。
　　(3)对采用新型支座结构形式的储罐网壳顶开展了考虑安装偏差影响的整体稳定性分析，建立了考虑双重非线性、下部罐体与节点安装偏差的整体稳定性分析模型，研究了不同安装偏差取值对不同容积储罐网壳顶整体稳定性的影响，并给出了安装偏差的控制值。
　　(4)提出了一种适用于大型储罐的变截面网壳顶结构，可有效提高网壳杆件材料利用率，降低网壳顶自重;然后以50000 m3大型储罐为例，开展了变截面网壳顶的分析计算，结果表明该新结构是可行的;最后还探讨了其在不同容积储罐中的适用性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 网壳结构在储罐领域的应用及发展

1．3 网亮顶支座结构研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 网壳顶计算研究现状

1．4．1 网壳顶静力计算

1．4．2 网壳顶整体稳定性分析

1．5 本文研究意义

1．6 本文主要研究内容

2 新型支座结构足尺模型试验研究

2．1 新型支座结构回顾

2．2 足尺模型试验

2．2．1 试验目的

2．2．2 试验装置与仪器

2．2．3 足尺模型设计

2．2．4 荷载条件及加载方案

2．2．5 测点布置

2．3 试验结果与分析

2．3．1 试验结果

2．3．2 试验数据分析

2．3．3 与有限元分析结果对比

2．3．4 结论

2．4 本章小结

3 储罐网壳顶静力分析及上下部协同工作影响研究

3．1 有限元模型的建立

3．1．1 罐体及网壳技术参数

3．1．2 单元选择及网格划分

3．1．3 边界约束条件及加载

3．2 储罐网壳顶强度和刚度分析

3．2．1 荷载组合工况

3．2．2 固定荷载+活载全踌的情况

3．2．3 固定荷载+活载半跨的情况

3．3 下部罐体各因素对网壳顶的影响

3．3．1 圈粱尺寸的影响

3．3．2 罐壁顶部厚度的影响

3．4 上部网壳各因素对罐体的影响

3．4．1 矢跨比的影响

3．4．2 网壳分割频数的影响

3．4．3 支座短杆长度的影响

3．5 一种储罐网壳顶强度和刚度计算的简化方法

3．5．1 简化的弹性支承模型

3．5．2 下部罐体弹性刚度的确定

3．5．3 与整体模型的比较

3．6 本章小结

4 考虑安装偏差影响的储罐网壳顶整体稳定性分析

4．1 失稳的定义与分类

4．2 整体稳定性计算模型

4．2．1 下部罐体的影响

4．2．2 节点安装偏差的模拟

4．3 不同安装偏差取值的影响及控制值的确定

4．4 整体稳定性校核

4．5 本章小结

5 一种新的大型储罐变截面网壳顶结构

5．1 大型储罐变截面网壳顶结构的提出

5．1．1 基本思想

5．1．2 设计思路

5．2 变截面网壳顶计算与分析

5．2．1 等截面网壳顶的情况

5．2．2 变截面网壳顶的实施

5．2．3 两种结构型式网壳的比较

5．3 不同容积储罐下的适用性

5．3．1 20000 m3网壳顶储罐的情况

5．3．2 100000 m3网壳顶储罐的情况

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介