立式储油罐的地震影响分析总结

立式储油罐向着体积增大，基底浮放，罐壁变薄方向发展的特点。当其受外激励动荷载出现提离，液固耦合，上部结构与基础相互作用，液体表面晃动长周期，其安全稳定涉及到易燃，易爆，破坏环境的重要性。基于前人在该领域的研究成果，采用数值分析方法，系统地研究了立式储油罐动特性及影响动特性的因素；研究了水平激励下结构的动响应问题及水平激励下液体晃动的波动特性，并与已有的研究成果进行了对比分析，取得了以下成果：

1、回顾了有关几何非线性的有限元知识和弹塑性基本理论，总结了弹塑性本构方程建立的步骤及有限元变分原理。在分析不同弹塑性本构模型优缺点的基础上，对地基与储油罐结构体系不同部分确定了不同的弹塑性本构模型。储油罐采用服从vonMises屈服准则及服从相关联流动规则的双线性等向硬化模型；下部地基采用基于Mohr-Coulomb屈服准则的弹塑性模型。

2、介绍了有限元方法分析问题的步骤，确定了储油罐地震响应的有限元分析方法的解决方案。包括瞬态动力学方程的求解方法，单元的选取，地震波的选取及输入，网格的划分，罐液耦合作用及罐底与基础接触作用的实现等。

3、解释了模态分析的基本概念，对储油罐模态分析的规范方法、有限元方法进行了介绍，给出了储油罐自由振动方程的ANSYS求解方法。算例计算结果与理论及文献中解比较接近，验证了有限元模型的可靠性。对高径比不同的2000m3高罐和50000m3矮罐进行模态分析，计算得到了这两种储油罐的前三阶模态，给出了前三阶模态的频率、振型图和振型参与系数，两种储油罐的自振特性相似。分析了液体对储油罐系统模态的影响，液体使储油罐系统的频率降低，对振型没有影响。变壁厚形式对储油罐的振型影响很大，对空罐的频率影响很小，但对充液储油罐的频率影响较大。浮顶和加强圈对储油罐结构频率的影响不大，但影响储油罐系统的振型。

4、本章通过对2×103m³和5×104m³两种体积类型的无锚固储液罐的地震响应分析，包括储油罐的罐壁应力、应变的分析及底板提离的分析，得到如下结论：2×103m³和5×104m³罐在一定的地震强度下均可以发生提离，而且储油罐发生提离的时刻大多数是在地震波的峰值过后发生的。与小体积罐相比，大体积的储油罐的提离明显小于小体积的罐。底板提离区域为月牙形。提离位移沿环向的分布随不同的时刻改变。储液罐在水平地震作用下“象足”变形是由纵向压应力达到屈曲临界应力导致的屈曲破坏，不是强度破坏，即破坏属于失稳破坏而非强度破坏。

5、锚固罐地震响应的特点和无锚固储油罐相似，但无锚固罐的各种应力值及液体晃动波高都要比锚固罐的大，这主要是由于无锚固罐底板产生了提离，改变了应力的分布。锚固罐的晃动波高要小于无锚固罐的响应值，而无锚固储油罐的基本频率要低于锚固罐的基本频率。对于锚固储液罐系统来说，储液罐系统在地震荷载作用下的动力响应主要是靠壳壁的振动控制的。而对于无锚固储液罐系统来说，储液罐系统在地震荷载作用下的动力响应由提离机理控制。

6、对比了2×103m³和5×104m³两种非锚固罐的结构对地震响应的影响，认为对于高罐，液体运动作用会导致较大的倾覆弯矩和明显的底板提离，罐体系在地震作用下有弱点，所以理想的储油罐形式是矮胖罐。

目前储油罐的非线性地振动态响应的研究还很不完，需要改进和深入的研究课题还很多。由于课题时间有限，本文对以下几点的研究还并未获得满意结果，希望能在将来的研究中得到重视：

1、地基刚度的影响：刚度大的地基（偏硬）和刚度小的地基（偏软）；

2、有限元大位移假设的影响；

3、线弹性或弹塑性罐体材料的影响；

3、壁厚形式和加强圈的影响；

4、三维地震波的影响等。