大型LNG罐偶然荷载作用下力学行为及其减弱作用研究

With the large full containment LNG storage tank which was used nore in the domestic design as the research object, studies on the mechanical behavior of the inner and outer tank and supporting system under the occurrence of large instantaneous impact load, leakage, and sudden seismic excitations, high, low pile cap stiffness, damping and soil interaction were considered.The problems involves: The first, the dynamic characteristics of the structure and simplified mechanics analysis method, numerical analysis method and experiment analysis method under sudden seismic and the damping measures, mechanism and analysis method of reducing the seismic response; The second, research on numerical analysis methods, test analysis methods and protective measures of damage characteristics of outer tank in the high-speed impact loads; The third, study on the numerical analysis method, the test method and the reasonable protective measure of outer tank temperature and stress distribution caused by inner tank leakage.

以国内设计应用较多的特大型全容式LNG储罐为研究对象，研究发生大的瞬间冲击荷载、泄露、突发的地震激励下，结构体系的内外罐及支撑系统的力学行为。研究中考虑高、低桩基承台刚度、阻尼及土的作用。研究的问题涉及：一是结构体系的动力特性及突发地震荷载作用下动响应的简化力学分析方法、数值分析方法及试验分析方法，及减少地震响应的减震措施、机理及分析方法；二是研究LNG外罐在高速冲击荷载作用下破坏特性的数值分析方法、试验分析方法，及其减弱冲击效应的防护措施；三是研究LNG内罐泄露工况下预应力混凝土外罐由泄露引起的温度场和内力分布的数值分析方法及试验方法，及合理防护措施。

本项研究以以国内设计应用较多的特大型全容式LNG储罐为研究对象，研究发生大的瞬间冲击荷载、泄漏、突发地震激励下，结构体系的内外罐及支撑系统的力学行为。完成了项目申请书及项目计划书的研究计划要点，主要取得了如下成果：.1.建立了考虑桩土作用LNG储罐基础隔震简化分析力学模型，给出了LNG储罐基底剪力、倾覆弯矩以及晃动波高的基本理论表达。表明：基础隔震措施能够有效降低地震响应，但不能控制晃动波高。设计时应予以考虑桩土作用储罐抗震隔震的影响。.2.基于ADINA建立了LNG储罐三维空间有限元分析模型，进行了抗震减震以及晃动控制分析。表明：表明LNG储罐基础隔震理论是可行的；设置环形防晃板能够有效降低晃动波高，但需要优化设计。.3.构建了滚动环梁自复位隔震基础，结合地震动台的输入特性和承载特性，设计了隔震基础模型和储罐模型，进行了模拟地震振动台实验，并与理论和数值模拟进行了对比，验证了基础隔震的有效性，为工程设计和理论研究提供了科学依据。.4.基于LS-DYNA建立了导弹和160000m3的储罐模型，研究了不同因素对冲击荷载作用下储罐外罐力学行为的影响。表明：导弹质量和初速度的增加将会加重储罐外壁的破坏程度；外罐配筋率的变化对冲击结果影响不明显；混凝土强度等级的提高可以有效增强储罐的抗冲击能力。.5.选取穹顶局部壳体为靶体，利用等效飞射物弹体自由落体撞击靶体进行了冲击试验。给出了确定事故型撞击荷载作用下LNG储罐穹顶的局部破坏形态及特征形态图。修正了侵彻贯穿屈曲破坏形态的侵彻深度，给出了用于判断破坏形态标准的公式表达及破坏等级划分标准。.6.基于传热学和热力学基本原理，运用FLUENT对泄漏工况下LNG储罐泄漏时和泄漏完成以后的温度场和应力场分布规律进行分析。给出了LNG储罐在温度相同时外罐温度沿高度和厚度方向的分布规律。.7.通过自主研发的LNG泄漏温度场监测系统，开展了LNG储罐罐壁在低温泄露实验研究，获得了温度场、应力场分布规律，修正了预应力筋计算公式和设计方法。 .依托该项目发表相关关学术论文16篇，其中EI 检索2篇（录用待发表1篇），CSCD检索12篇，出版专著1部（待出版），培养博士研究生3人（在读1人），硕士研究生13人（在读5人），获得辽宁省科技进步三等奖1项，大连市科技进步二等奖1项，大连市学术专著一等奖1项。