顾思阳;柴庆有;杨东东;铉烨;张旭
【摘 要】以大型立式圆筒储罐为研究对象,采用简化建模研究大型储罐的结构应力,应用有限元软件ANSYS,对罐体、地基建立三维有限元模型,在结构静力的分析中,把储液等效成梯度压力,罐体与地基之间的相互作用采用了接触面的方式,最后得到了罐体、地基和基础的应力和位移情况.对大型立式圆筒储罐提出了设计要点. 【期刊名称】《当代化工》
【年(卷),期】2016(045)007
【总页数】4页(P1422-1425)
【关键词】立式储罐;ANSYS软件;强度评定
【作 者】顾思阳;柴庆有;杨东东;铉烨;张旭
【作者单位】中国寰球工程公司辽宁分公司,辽宁抚顺113006;中国寰球工程公司辽宁分公司,辽宁抚顺113006;中国寰球工程公司辽宁分公司,辽宁抚顺113006;中国寰球工程公司辽宁分公司,辽宁抚顺113006;中国寰球工程公司辽宁分公司,辽宁抚顺113006
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ052
大胆人本艺术 近年来大型立式储罐抗震方法常用的有理论分析和ANSYS模拟、小型震动台上的实验探究。有限元ANSYS应用软件配合强大的计算机处理能力，无疑在研究大型立式储罐固有特性、响应及屈曲破坏方面有相当大的推动作用。
应用有限元软件进行计算机建模求解，辅助工程实际对大型立式储罐进行研究已变成一种非常有效的方式［1］。这种方式具有经济、灵活、可操等优势，势必将大大加快问题的解决速度，有事半功倍的效果。随着储罐容积的不断大型化，壁厚与内径的比值越来越小，结构应力越来越大，储罐安全问题也越来越突出，所以大型立式储罐的安全研究工作不容忽视。
加权>刘廷析
用有限元分析法对大型储罐的应力应变进行计算分析。现以东营油库罐区的10×104 m3的外浮顶原油罐为例进行有限元建模及应力应变计算分析。
1.1 储罐的结构条件
储罐内径80 m，罐壁高度21.97 m，罐壁壁板分为9层，从下到上的壁板厚度分别为32、29、22、19、15、12、12、12、12 mm。罐底边缘板厚度和宽度分别为 20、2 000 mm。罐壁板和边缘板材质均为SPV490Q。罐壁基础采用钢筋混凝土环梁和环梁内的砂垫层。有限元模型基础和地基的数值均取实际平均值，具体参数见表1-表3。
1.2 载荷分析
选取的荷载有表面荷载、重力荷载和DOF约束。按储罐在盛水实验条件进行ANSYS数值分析计算，载荷力：罐体自重、充水 20.2 m时的静水压[2]。水的静压力对罐壁呈三角形分布，水的密度ρ=1 000 kg/m3，ρg=9 810 N/m3，罐底部的静压力为P=ρgh=0.197 96 MPa。
1.3 圆筒型立式储罐的轴对称
边界条件对称结构的圆筒型立式储罐，承载状态也为轴对称。罐体选用 8节点的壳 shell93单元，以储罐体的 1/10即在 0°到 36°范围进行建模[3]。模型的边界条件为在罐体的 0°和 36°的面和线上施加对称边界条件。基础外部建有环形刚性混凝土环墙，底板与基础之间的相互作用采用接触面单元来模拟的。混凝土环墙和地基都选用8节点的实体solid45单元，基础砂垫层模型和混凝土环梁模型的表面除和罐底板有边界约束外没有其他约束。地基模型的下表面认为是由坚硬的岩石或硬土支撑的，相对来说比较结实和稳定。所以就假设地基模型的下表面施加全方位的约束。 1.4 地基荷载的处理
心之边缘本文在模型中施加Z轴正方向的G即重力加速度。在基础与地基的模型上表面，在基础和储罐的接触面上施加相当于罐自重和水压当量的均布荷载，来计算分析基础和地基的受力变形情况。
1.5 接触形式
本文采用了面与面的接触方式，选择targe 170单元与 conta 174单元搭配使用。选择目标
面为基础砂垫层和混凝土环梁，接触面为罐底板表面。图1为分别是储罐、地基与基础部分的模型。
储罐、罐基础和地基部分模型划分网格后，如图2。
2.1 位移分析
以图3分别为储液罐的径向位移、环向位移、轴向位移和总位移图。
从总位移图可以看出位移最大的区域出现在罐壁上，为93.738 mm。从径向位移图中可以看出储罐罐壁沿径向方向出现了大面积不同程度的位移，最大值出现在罐壁的中上部和罐壁最上沿，其最值为93.382 mm和91.6552 mm。这说明在罐的中部和顶部需要设置加强圈，来有效的控制这部分的形变，和实际的情况相符合[4]。从环向位移图中可以看出环向方向罐壁的位移很小，对储罐的整体位移几乎没有影响。从轴向位移图中可以看出罐壁在罐底处有被提起的的现象，上提的最大高度为16.049 mm（图4）。
储罐的整体沉降可由基础与地基的轴向位移图来观察，地基整体沉降高度在 164.193 mm到 297.03 mm，峰值出现在罐底中心处。国内的标准规定浮顶罐当储罐底圈内直径D在80
m到100 m之间时，沉降差允许值为0.003D，也就是对于内径80 m的罐，沉降差值不大于240 mm，基本符合实际的工程需求。
2.2 应力分析
储罐的应力强度如图5，从图中可以看出应力强度最大值区域分布在储罐底贴近底圈罐壁板处[5]，最大值为615.43 MPa。在MAX出现区域附近罐底板所受的应力值也非常大，与MAX相差不多。矿业114
小额贷款公司改制设立村镇银行暂行规定2.2.1 罐底板部分
从罐底板表面应力分量分布图6-7上可以看出，罐底板上的径向应力 SX远比环向应力 SY和轴向应力 SZ大，其最大值即 SXmax=615.21 MPa，位置在罐底板靠近最下层壁板处。在罐壁的底部应力较大，应力较大区域在底板上距罐壁0到 2 000 mm处，三个方向的应力在这个区域内变化的相当激烈，但略向底板中心方向移动，应力分量值就快速的减小了。由图可以判断罐底板受到的主要应力为径向弯曲应力，罐底边缘板有上浮现象。
2.2.2 罐壁部分
从罐壁板表面应力分量分布图8上可以看出，罐壁表面靠近底板的轴向应力SZ远比环向应力SY和径向应力SX大，其最大峰值和最小峰值分别为SZmax=171.745 MPa和-174.231 MPa，该区域在第一圈壁板的中间往下的部分，区域比较小。从第一层壁板的高度再往上，轴向应力就迅速的衰减[6]。如图9(a)所示。
在距罐底表面2 000 mm附近环向应力 SY逐渐变为主应力，但当超过 3 000 mm以后，环向应力变化趋于稳定，其值在210和240 MPa之间，并占主导地位。如下图9(b)所示。
大型储罐容量越大，径高比就越大，当内部装入储液时，荷载情况就属于典型的大面积圆形均布荷载[7]。具体情况如下。
从轴向应力图10中可以看出：竖向应力最大值出现在底板边缘附近，值为-0.201 966 MPa。
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