3000m2拱顶罐的设计(6)

吉林化工学院课程设计II

第6章 抗震计算

6.1 储罐震害及分析

立式钢形圆柱储罐对于承受静液压力是非常有效的，能充分发挥金属的抗拉能力，并有很好的延展性，因而很节省材料，在工程中得到了广泛的应用。由于静液压力是随着液深增加，所以储罐往往设计成变壁厚的圆柱壳，对于一般的储罐，罐半径R与最后的底圈壁板厚度之比往往要超过1000，设计时管壁只考虑环向拉应力作用，不考虑边缘效应引起的弯曲应力。

由于储罐抗震性能不好且抗震措施未完善解决，所以在近年来国内外地震中，储罐的震害屡见不鲜，更为严重的是储罐的破坏有时还伴有火灾、爆炸和环境污染等次生灾害。 1976年7月28日，中国唐山地区发生7.9级地震。天津化工厂和唐山钢厂各有两个1000m3的燃料油罐最下圈壁板发生外臌屈曲，角焊缝开裂，罐内储油全部泄漏；罐壁与罐底环形板之间的角焊缝，最下层壁板与第二层壁板之间的环焊缝破裂多处；在裂度11度的地区，两座1000m3油罐罐壁下部有明显外凸，其中一座罐壁与底板连接处，壁板开裂，形成长2250mm、高80mm的裂口，罐内三百多吨汽油全部漏出；在裂度8度的地区，有一座正在建设的5000m3拱顶油罐由于罐基础出现喷砂现象把罐体向上顶起，形成锥体，罐底中心比周边高出500mm，使底板与基础脱离；另一座1000m3的无力矩油罐，由于罐地基为软填土发生不均匀沉降，在主震方向东南一侧下沉约500mm，并向东南方向移动700mm，油罐倾斜，油品从管顶上部人孔流出。

由此可见，地震危害不仅仅影响储罐的结构，更有一系列的连续影响，所以除了在选择建设地点是要注意以外，罐体的抗震设计也是必不可少的一部分。

6.2 地震作用

计算地震作用时，油罐的地震影响系数应根据建罐地区的抗震防裂度、设计地震分组、场地类别和油罐基本周期，按照图6—1选取。

图6—1 地震影响系数?曲线

抗震防裂度和设计地震分组应按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011—2001附录A采用，场地类别由业主提供的书面资料确定。

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6.3 地震计算参数

Tg为反应谱特征周期，按图6-2选取。

图6-2 特征周期

?max是水平地震影响系数的最大值，按照图6-3选取。

图6-3 水平地震周期影响系数

T为油罐基本周期。当计算罐壁底部水平地震剪力及弯矩时，T采用罐液耦连振动基本周期Tc；当计算罐内液面晃动液高时，T采用储液晃动基本周期Tw。

6.3.1 储罐的罐液耦连振动基本周期

Tc?KcHwR?3 （6-1）

式中：TC——储罐与储液耦连振动基本周期，s； R——油罐内半径，m；

?3——罐壁距离底板1/3高度处的有效厚度，mm； Hw——油罐设计最高液位，m； Kc——耦连振动周期系数； D——油罐内经，m。

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吉林化工学院课程设计II 图6-4 耦连振动周期系数

所以，储罐与储液耦连振动基本周期

Tc?KcHwR?3?0.430?10?3?10.37?9.7?1.38?10-2s-210.0?10

6.3.2 储液晃动基本周期

Tw?KsD （6-2）

式中：

TwKs——储液晃动基本周期，s； ——晃动周期系数；

图6-5 晃动周期系数

所以储液晃动基本周期

Tw?KsD?1.064?19.51?4.70s。

6.3.3 罐壁底部水平地震剪力

Q0?Cz?Y1mg （6-3） m?m1Ft （6-4）

式中：Q0——地震作用下，罐底的水平剪力，MN； Cz——综合影响系数，0.4； ?——地震影响系数； Y1——罐体影响系数，1.10； g——重力加速度，9.8m/s；

m——产生地震作用的等效储液质量，kg； ml——储液总质量，kg； Ft——动液系数；

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图6-6 动液系数

所以产生地震作用的储液等效质量

m?m1Ft?3100?990?0.550?1.68?106kg 罐底的水平剪力

Q0?Cz?Y1mg?0.4?0.675?1.10?1.68?106?9.8?4.85?106MN

6.3.4 罐底地震弯矩

Ml?0.45Q0HW (6-5）

式中：Ml——总水平地震作用在油罐底部产生的地震弯矩，MN/m。

Ml?0.45Q0HW?0.45?4.85?106?10?2.20?106MN?m

6.3.5 液面晃动波高

水平地震作用下，罐内液面晃动波高按照下式计算：

hv?1.5?R （6-7）

式中：

hv——罐内液面晃动波高，m；

?——地震影响系数，根据液体晃动基本周期和地震影响系数最大值取值。

hv?1.5?R?1.5?0.4?9.755?5.85m

6.4 罐壁许用临界压力

??cr??0.15E式中：??cr?——罐壁许用临界压力，MPa；

tD （6-8）

E——设计温度下罐壁材料的弹性模量，MPa； t——底层罐壁有效厚度，m； 因此??cr??0.15Et0.01?0.15?192?109??1.771?107MPa。 D19.516.5 抗震验算

地震作用下罐壁底部产生的最大轴向压应力按照下式计算：

?l?式中：

CVNlCLMl?AlZl （6-9）

?l——罐壁底部的最大轴向压应力，MPa；

CVNlAl——竖向地震影响系数（7度及8度地震区取Cv=1；9度地震区取Cv=1.45）； ——罐壁底部垂直荷载，MPa； ——罐壁横截面积，㎡（Al??Dt）；

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CL——翘离影响系数，CL?1.4；

Zl2Z?0.785Dtl——地圈罐壁的断面系数，m3（）。

CVNlCLMl1?3100?990?9.81.4?2.35?1067?l?????1.45?10MPa2AlZl3.14?19.51?0.010.785?19.51?0.01 在应力校核时满足??cr???l，因此抗震验算合格。

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