大型变壁厚钢储罐在不均匀沉降下的稳下性能

摘要

大型立式钢储罐通常由圆柱形壳壁、顶盖、底板和其他附属结构组成,广泛于工业中各种液体和固体的储存。根据顶盖的结构形式和对罐壁的约束程度,可以将其分成固定型钢储罐和浮顶型钢储罐两大类。立式钢储罐是一类典型的金属薄壳结构,对地基沉降十分敏感,其中罐周不均匀沉降对结构性能的影响最为显著,是导致实际储罐工程事故的主要原因。以往的研究大多基于理想化的谐波沉降和等壁厚的储罐模型,但实际工程中储罐的沉降并非单一的谐波形式且储罐为变壁厚结构。
　　 本文基于8组储罐沉降的实测数据,通过傅立叶分解展开得到沿整个罐周的沉降分布曲线,并据此将储罐的实际沉降分为整体不均匀沉降和局部不均匀沉降两类。同时从中实际工程中选取结构几何尺寸较为典型的几类浮顶罐和固顶罐作为研究分析的储罐模型。
　　 文本通过数值分析研究了实例钢储罐在实际不均匀沉降下的非线性响应和稳定性能,并对工程设计提出了一定的指导性建议。主要研究内容包括:(1)整体不均匀沉降下实例浮顶罐和固顶罐的非线性响应;(2)局部不均匀沉降下的实例浮顶罐和固顶罐的非线性响应;(3)不同结构尺寸的浮顶罐在不均匀沉降下的结构性能;(4)沉降不均匀性对固顶罐结构性能的影响;(5)局部沉降周向圆心角对实例储罐稳定性的影响;(6)周向焊缝缺陷对实例浮顶罐和固顶罐结构稳定性的影响。
　　 在实际工程中,大型钢储罐的不均匀沉降形式千变万化,十分复杂,设计阶段只能假设一定形式的沉降分布。本文尝试通过若干阶谐波沉降的不同叠加组合作为储罐结构分析时的不利沉降分布,即当沉降以“等效不均匀沉降”分布时,对储罐结构的影响可能是最不利的。通过大量数值分析,文中得出储罐结构的“最不利等效不均匀沉降”,可作为结构初步设计的依据。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 钢储罐的结构形式

1.1.1 概述

1.1.2 固顶型钢储罐

1.1.3 浮顶型钢储罐

1.2 钢储罐的沉降

1.2.1 钢储罐的沉降类型

1.2.2 罐周不均匀沉降对储罐结构的影响

1.3 不均匀沉降下钢储罐性能的研究现状

1.4 本文研究的理论基础

1.4.1 薄壳理论及其基本方程

1.4.2 屈曲和失稳的基本概念

1.5 本文的主要工作

第2章 实测沉降和实例钢储罐

2.1 实测沉降及其分析

2.2 实例钢储罐

2.3 本章小结

第3章 浮顶型钢储罐在不均匀沉降下的非线性分析

3.1 分析模型

3.2 整体不均匀沉降下的非线性分析

3.2.1 A型储罐在整体不均匀沉降下的结构响应

3.2.2 B型储罐在整体不均匀沉降下的结构响应

3.2.3 对比分析

3.3 局部不均匀沉降下的非线性分析

3.3.1 A型储罐在局部不均匀沉降下的结构响应

3.3.2 B型储罐在局部不均匀沉降下的结构响应

3.3.3 对比分析

3.4 局部沉降周向圆心角α的影响

3.4.1 分析模型

3.4.2 圆心角α对A型储罐的影响

3.4.3 圆心角α对B型储罐的影响

3.5 焊缝凹陷对不均匀沉降下浮顶罐的影响

3.5.1 概述

3.5.2 焊缝凹陷模拟

3.5.2 数值分析结果

3.6 本章小结

第4章 固顶型钢储罐在不均匀沉降下的非线性分析

4.1 分析模型

4.2 整体不均匀沉降下的非线性分析

4.2.1 G7沉降下C型储罐的结构响应

4.2.2 G4沉降下C型储罐的结构响应

4.2.3 G1沉降下C型储罐的结构响应

4.2.4 对比分析

4.3 局部不均匀沉降下的非线性分析

4.3.1 G8沉降下C型储罐的结构响应

4.3.2 G8 45°沉降下C型储罐的结构响应

4.4 局部沉降周向圆心角α的影响

4.4.1 分析模型

4.4.2 对比分析

4.5 焊缝凹陷对不均匀沉降下固顶罐的影响

4.5.1 焊缝凹陷模拟

4.5.2 数值分析结果

4.6 本章小结

第5章 钢储罐的等效不均匀沉降

5.1 概述

5.2 谐波沉降下储罐的结构响应

5.3 实测沉降下储罐的结构响应

5.4 等效不均匀沉降下储罐的结构响应

5.4.1 单波主导的等效不均匀沉降

5.4.2 双波主导的等效不均匀沉降

5.4.3 最不利等效不均匀沉降

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历