可修复LNG储罐结构抗震性能

With more and more natural gas demanded in our country and the project of transferring natural gas from west to the east deepened，more energy reserve equipment is needed urgently. Liquified natural gas is preferred for the advantage characterized by its small size. Recently, as many energy bases around the world are located in earthquake-prone parts, energy reserve equipments are often seen to be destroyed in earthquakes. As a result, a series of secondary disasters endanger the lives and property of the people.This project proposes a new kind of column base to release the vertical constraint of the tank. This new column base is formed by several mild steel dampers. In earthquakes, these dampers are first to develop the plastic deformation,while other components of the structure are in the elastic stage.This scheme make it possible only to replace the dampers to get the structure available again. This project intends to investigate the damping performance of replacable components and comfirm the seismic response of the damping tank system. At last, a monitoring scheme based on wireless sensor network is obtained to control the maximum uplifting height.

我国天然气产量及需求日益增加，加上西气东输工程的不断深化，对于天然气能源储备设备的需求量也随之增加。液化天然气以其体积小的特点，在天然气存储领域得到广泛的青睐。近年来，世界各地地震多发，对于能源存储设备的破坏也是屡见不鲜，液化天然气球罐结构破坏易引发次生灾害危害人民群众的生命财产安全。本课题提出了一种放松球罐柱脚竖向约束的柱脚构造形式，该构造主要由多个软钢阻尼器组成，在地震中，阻尼器变形进入塑形阶段，从而消耗地震能量，在地震中，球罐结构各部分都处于弹性阶段。这一设计使得震后只需更换软钢阻尼器就可以将球罐重新投入使用。本课题拟对可更换构件的耗能性能进行考察，通过试验和数值模拟的方式来确认减震球罐系统的减震性能，最后得到完善的基于无线传感网络的带减震构造的球罐在实际使用过程中的监测方案。

本课题的主要研究内容可以分为两部分，即储液罐抗震性能研究及软钢阻尼器耗能性能研究。通过有限元软件完成了储液罐的模态分析，得到了整体结构的振动模态，完成了不同地震波振动下的动力响应分析结果表明随着储液容量的增加，结构的自振频率降低，且在柔性地基情况下，自振频率会随着地基的弹性模量降低而减小，但动力响应增大，结构的最大应力出现在罐体和支柱的连接处，此位置为储液罐的易破坏点，在设计时应注意。对提离罐在不同地震波下进行了动力分析，其结果与锚固罐进行了对比，储液罐提离后结构力学响应明显减小，但水平位移和液体晃动位移增大，这对结构抗震设计提供了更有效的设计。对提离罐在柔性地基下进行了动力分析，对不同地基弹性刚度下结构的动力响应进行了对比，随着柔性地基的弹性刚度降低，储液罐的水平位移和液体晃动位移增大，但结构应力降低。为了选取适用于储液罐柱脚的耗能构件，对带孔槽剪切钢板阻尼器相关性能参数进行了分析。主要通过ANSYS对阻尼器建立有限元模型，并考察不同几何参数（厚度、耗能肢宽、肢高）下阻尼器耗能性能的变化，来探究优化其性能的途径。此外，本文对比了模型和试验构件的平面外屈曲形态，并说明这一现象对于阻尼器性能的不利影响，继而提出了对于柱脚用软钢阻尼器适用的加劲肋的改造优化方法。优化后的数值模拟结果表明：该优化方法可以有效的约束钢板平面外的不规则屈曲，并且使得阻尼器的性能稳定优异。针对平面外变形等缺点，提出了一种新型的加筋开孔软钢阻尼器。通过平面外屈曲灵敏度的数值分析，设计了阻尼器的几何参数。这种优化方法可以减少计算时间。对五种不同的加载系统进行了单向阻尼性能试验。试验结果表明，该阻尼器具有良好的耗能能力，但其低周疲劳性能在材料和加工质量上还有待提高。对于卸载时的不完全塑性变形，应考虑非对称设计。