地基不均勻沉降和風(fēng)載荷聯(lián)合作用下的大型儲(chǔ)罐屈曲分析

(浙江大學(xué) 化工機(jī)械研究所，杭州 310027)

0 引言

現(xiàn)役的儲(chǔ)油罐大部分建在沿江、沿海地區(qū)的濕陷性土壤上，由于土層構(gòu)造復(fù)雜，儲(chǔ)罐地基很容易產(chǎn)生沉降與變形[1-3]；同時(shí)在夏季，這些地區(qū)容易遭遇臺(tái)風(fēng)等突發(fā)性氣候，大型儲(chǔ)罐是一種典型的空間圓柱薄殼結(jié)構(gòu)，徑厚比大，剛度小，在暴風(fēng)甚至長(zhǎng)時(shí)間弱風(fēng)的作用下會(huì)發(fā)生屈曲失效[4-6]。

在役儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)與安全評(píng)價(jià)是目前的研究熱點(diǎn)。雷翔[7]以幾種不同尺寸的大型變壁厚儲(chǔ)罐為對(duì)象，研究其在實(shí)測(cè)不均勻沉降作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐僅在沉降作用下就有可能發(fā)生屈曲失穩(wěn)；如果儲(chǔ)罐在沉降下未發(fā)生屈曲變形，則可以視其為儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)缺陷。Jiao等[8]通過(guò)多點(diǎn)擾動(dòng)法研究發(fā)現(xiàn),初始幾何缺陷的存在會(huì)使薄壁圓柱殼的力學(xué)穩(wěn)定性降低。Portela等[9]采用有限元方法，分析了拱頂儲(chǔ)罐的風(fēng)致屈曲機(jī)理和儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并討論了儲(chǔ)罐缺陷對(duì)儲(chǔ)罐穩(wěn)定性能的影響。Chen等[10]在綜合考慮幾何非線性和大變形基礎(chǔ)上，模擬分析了由沉降引起變形的儲(chǔ)罐在軸壓作用下的屈曲行為，發(fā)現(xiàn)沉降導(dǎo)致的儲(chǔ)罐局部壓應(yīng)力可削弱儲(chǔ)罐軸壓穩(wěn)定性。王昕等[11]以某熱質(zhì)儲(chǔ)罐為對(duì)象，研究了儲(chǔ)罐在自重、內(nèi)壓、風(fēng)載荷、雪載荷等多種組合載荷工況下的強(qiáng)度破壞問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)多種載荷同時(shí)作用于儲(chǔ)罐比單一載荷作用時(shí)危害更大。但現(xiàn)有針對(duì)儲(chǔ)罐屈曲的研究還多局限于單一載荷作用，對(duì)于地基不均勻沉降和風(fēng)載荷聯(lián)合作用下的屈曲行為研究還鮮有涉及。

本文基于實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)，對(duì)在役儲(chǔ)罐抗風(fēng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，建立兩者聯(lián)合作用下儲(chǔ)罐屈曲的數(shù)值模擬分析方法。

1 屈曲分析方法

本節(jié)從儲(chǔ)罐模型簡(jiǎn)化、不均勻沉降處理、風(fēng)載荷模型等方面，介紹儲(chǔ)罐屈曲數(shù)值分析模型的建立方法。

1.1 模型簡(jiǎn)化

固定頂儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括罐壁、罐頂、罐底板及接管等附屬結(jié)構(gòu)。為了節(jié)約成本，罐壁通常采用變壁厚結(jié)構(gòu)。相比于罐壁，不均勻沉降和風(fēng)載荷對(duì)罐頂和罐底板的影響很小，可以通過(guò)設(shè)置邊界條件來(lái)進(jìn)行替代[12]。據(jù)此，對(duì)儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行如下簡(jiǎn)化與約定：

(1)風(fēng)載荷作用下，儲(chǔ)罐的空罐狀態(tài)更為危險(xiǎn)，故以空罐狀態(tài)為研究對(duì)象；

(2)通過(guò)約束罐壁頂部的徑向位移來(lái)等效儲(chǔ)罐罐頂?shù)挠绊懀?/p>

(3)罐底板對(duì)罐壁的作用通過(guò)約束罐壁底部的徑向位移和周向位移來(lái)代替；

(4)忽略接管等附屬結(jié)構(gòu)對(duì)罐壁的影響。

圖1 固定頂儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)示意

1.2 不均勻沉降處理

罐壁底部的沉降可以分為整體均勻沉降、整體傾斜沉降和不均勻沉降。其中不均勻沉降對(duì)于儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)的影響通常是最大的，本文重點(diǎn)討論不均勻沉降對(duì)儲(chǔ)罐屈曲行為的影響。

基礎(chǔ)沉降量是通過(guò)設(shè)置在儲(chǔ)罐罐壁底部的沉降觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量得到的，但實(shí)測(cè)沉降值僅能代表該測(cè)量位置的沉降量。要想真實(shí)反映儲(chǔ)罐沿罐周方向的沉降情況，需要基于離散的實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)擬合出連續(xù)的沉降曲線。本文采用文獻(xiàn)[13]中提出的沉降曲線擬合方法，得到連續(xù)的罐周沉降曲線。

當(dāng)沉降觀測(cè)點(diǎn)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，沿罐壁底部周向連續(xù)分布的沉降值表達(dá)式為[13]：

(1)

式中S——實(shí)測(cè)沉降值，mm;

m——傅里葉階數(shù);

a0,am,bm——待定系數(shù);

M——沉降觀測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù);

θ——周向角度,(°)。

式(1)中，待定系數(shù)am，bm的表達(dá)式為：

(2)

當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，沿罐壁底部周向連續(xù)分布的沉降值表達(dá)式為：

(3)

式(3)中待定系數(shù)am,bm的表達(dá)式與式(2)類似，在應(yīng)用時(shí)僅需對(duì)am,bm中的傅里葉階數(shù)m取值范圍進(jìn)行調(diào)整,即：計(jì)算am時(shí)，m=0,1,2，…，(M-1)/2；計(jì)算bm時(shí)，m=1,2，…，(M-1)/2。

式(1)和式(3)中m≥2的項(xiàng)，代表不均勻沉降，記為U(θ)，將其施加于罐壁底部，作為軸向邊界位移條件。

1.3 風(fēng)載荷模型

風(fēng)載荷是由于空氣流動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的載荷，其數(shù)值與風(fēng)速的平方成正比。風(fēng)載荷沿儲(chǔ)罐的高度和周向的分布都是變化的，但沿高度方向上變化并不明顯。為保守起見(jiàn)，通常取罐頂風(fēng)壓值為風(fēng)壓幅值，忽略風(fēng)載荷沿高度方向上的變化[14]。

表1 風(fēng)載荷分布函數(shù)中傅里葉系數(shù)

根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定，風(fēng)壓幅值的計(jì)算公式如下：

(4)

式中λ——風(fēng)壓幅值，Pa;

μs——風(fēng)載荷體型系數(shù);

μz——風(fēng)壓高度變化系數(shù);

βz——高度z處的風(fēng)振系數(shù);

ω0——基本風(fēng)壓，Pa;

“屌絲”，原為粗語(yǔ)，現(xiàn)今已成為青年群體中的流行語(yǔ)和文化現(xiàn)象。從對(duì)“李毅吧”粉絲的稱呼到現(xiàn)在流行的“屌絲”涵義已經(jīng)大相徑庭?！皩沤z”已不是原來(lái)特指的那一群出身卑微、內(nèi)心充滿糾結(jié)、無(wú)奈面對(duì)現(xiàn)實(shí)的年輕男性，而有著豐富的內(nèi)涵。有的青年以自嘲的方式自稱“屌絲”，將自己與“高富帥”、“白富美”作區(qū)分；有的則用來(lái)貶責(zé)他人；有的以玩笑用之……“屌絲”已變成當(dāng)下在網(wǎng)絡(luò)上、在青年群體中流行的一種時(shí)尚、一種獨(dú)特的文化現(xiàn)象。

v0——基本風(fēng)速，m/s。

風(fēng)載荷沿周向不同角度分布差別較大。Rish等[15-16]通過(guò)實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬等方法，總結(jié)得到風(fēng)載荷沿圓柱殼的分布函數(shù)如下：

(5)

式中p——風(fēng)載荷，Pa;

i——階數(shù);

ki——傅里葉系數(shù)，列于表1。

圖2 罐周風(fēng)載荷分布規(guī)律曲線

(a)α=0° (b)α=90°

圖3 罐周風(fēng)載荷分布示意

由表1中的傅里葉系數(shù)，可以得到儲(chǔ)罐的周向風(fēng)載荷分布規(guī)律曲線，如圖2所示;據(jù)此繪制風(fēng)載荷沿罐周分布示意圖，并約定了儲(chǔ)罐周向角度θ=0°的位置，如圖3所示。風(fēng)載荷最大正向壓力作用于儲(chǔ)罐的周向角度定義為風(fēng)載荷的風(fēng)向角，記為α。圖3(a)中，α=0°的風(fēng)載荷作用于罐壁，θ在±30°范圍內(nèi)，為儲(chǔ)罐的迎風(fēng)受壓區(qū)，儲(chǔ)罐受到向內(nèi)的正向壓力，正向壓力在θ=0°處最大；在其余范圍內(nèi)，儲(chǔ)罐受到沿壁面向外的負(fù)向壓力，并且在大約θ=±65°位置處負(fù)向壓力達(dá)到最大，數(shù)值約為最大正向壓力的1.2倍。

1.4 兩者聯(lián)合作用的屈曲數(shù)值模擬方法

地基的不均勻沉降隨儲(chǔ)罐服役時(shí)間不斷變化，是長(zhǎng)期存在于儲(chǔ)罐底部的軸向位移邊界條件。本文研究不均勻沉降對(duì)儲(chǔ)罐抗風(fēng)性能的影響，故先將不均勻沉降施加于罐壁底部，待加載完全后，再于罐壁上施加風(fēng)載荷邊界條件。

基于非線性大變形理論，使用Riks弧長(zhǎng)法開(kāi)展地基不均勻沉降和風(fēng)載荷聯(lián)合作用下儲(chǔ)罐的屈曲模擬，可以獲得儲(chǔ)罐在風(fēng)載荷作用下的全過(guò)程響應(yīng)，同時(shí)可得到儲(chǔ)罐發(fā)生屈曲時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界風(fēng)載荷比例系數(shù)LPFwc。通過(guò)換算，即可獲得使儲(chǔ)罐在不均勻沉降下發(fā)生風(fēng)致屈曲的臨界風(fēng)載荷，如LPFwc=0.8，即為風(fēng)載荷達(dá)到0.8p(θ)時(shí)，儲(chǔ)罐在風(fēng)載荷作用下發(fā)生了屈曲。

由于沉降分布的不均勻性，風(fēng)載荷以不同的風(fēng)向角作用于儲(chǔ)罐，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的響應(yīng)。在數(shù)值模擬時(shí)，通過(guò)改變風(fēng)載荷的風(fēng)向角α，開(kāi)展這一問(wèn)題的研究。

2 工程案例分析

本節(jié)先分析不均勻沉降和風(fēng)載荷單獨(dú)作用時(shí)儲(chǔ)罐的屈曲響應(yīng)，再將聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與其對(duì)比，并分析不均勻沉降分布形式對(duì)儲(chǔ)罐抗風(fēng)性能的影響。

2.1 固定頂儲(chǔ)罐有限元模型建立

以浙江省舟山地區(qū)某20 000 m3固定頂儲(chǔ)油罐空罐狀態(tài)為例，基于ABAQUS軟件建立有限元模型。儲(chǔ)罐內(nèi)徑?42 000 mm，罐壁總高17 000 mm，罐壁層數(shù)n=10，每層罐壁高度記為h，壁厚記為δ，罐壁材料Q345R，彈性模量E=2.06×105MPa，泊松比υ=0.3。儲(chǔ)罐罐壁的幾何參數(shù)如表2所示。

表2 儲(chǔ)罐罐壁幾何參數(shù)

注：罐壁層數(shù)n自下向上計(jì)數(shù)

儲(chǔ)罐幾何模型如圖4所示。ABAQUS中的4節(jié)點(diǎn)四邊形有限薄膜應(yīng)變線性減縮積分殼單元S4R性能穩(wěn)定，適用范圍很廣，可以較好地模擬薄殼結(jié)構(gòu)的變形響應(yīng)[2]。故采用S4R單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格單元數(shù)156 200，節(jié)點(diǎn)數(shù)157 300。經(jīng)驗(yàn)證，可滿足網(wǎng)格無(wú)關(guān)性要求。

(a)幾何模型 (b)網(wǎng)格劃分

圖4 儲(chǔ)罐幾何模型及網(wǎng)格劃分

2.2 儲(chǔ)罐僅在不均勻沉降下的屈曲分析

2.2.1 實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)處理

該固定頂儲(chǔ)罐在罐壁底部沿周向均勻布置了12個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，表3列出了某時(shí)刻各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)沉降數(shù)值S。

表3 固定頂儲(chǔ)罐沉降實(shí)測(cè)值

根據(jù)式(1),(2)，基于表3中的實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)，得到了儲(chǔ)罐罐周的沉降曲線表達(dá)式如下：

S(θ)=2.0cos(2θ)+0.333cos(4θ)+1.73sin(2θ)

+1.15sin(4θ)+0.059cos(5θ)+1.47sin(5θ)

-1.33cos(3θ)-0.25cos(6θ)+4.83sin(3θ)

-20.7cos(θ)+11.9sin(4θ)+914.0

(6)

本文主要研究不均勻沉降U(θ)，故取式(6)中m≥2對(duì)應(yīng)的項(xiàng)繪制沉降曲線,如圖5所示。

圖5 儲(chǔ)罐不均勻沉降曲線

圖5中，U(θ)的正值表示儲(chǔ)罐地基的向下沉降，U(θ)負(fù)值代表儲(chǔ)罐地基的向上提離，不均勻沉降的最大幅值Umax=9.40 mm(向下)。繪制沉降沿罐周分布示意圖，如圖6所示(圖中，曲線在儲(chǔ)罐外側(cè)表示向上提離，內(nèi)側(cè)表示向下沉降)。

1～12-沉降觀測(cè)點(diǎn)編號(hào)

2.2.2 屈曲計(jì)算

將U(θ)作為儲(chǔ)罐底部的軸向位移邊界條件，在ABAQUS軟件中進(jìn)行計(jì)算，得到儲(chǔ)罐僅在實(shí)測(cè)不均勻沉降作用下的徑向位移云圖，如圖7所示。

(a)LPFs=1 (b)LPFs=1.111

圖7 儲(chǔ)罐僅在不均勻沉降作用下的徑向位移云圖

從圖7可以看出，當(dāng)不均勻沉降完全加載時(shí)，即沉降比例系數(shù)LPFs=1時(shí)，儲(chǔ)罐并未發(fā)生屈曲，結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。但不均勻沉降使儲(chǔ)罐罐壁上產(chǎn)生了較大的應(yīng)力和變形，如圖7(a)所示。儲(chǔ)罐的徑向位移記為r，當(dāng)LPFs=1時(shí)，儲(chǔ)罐最大徑向位移rmax=61.19 mm，且發(fā)生位置恰好是不均勻沉降幅值最大的位置。結(jié)果表明，向上提離會(huì)使儲(chǔ)罐產(chǎn)生向內(nèi)的徑向位移，向下沉降則造成向外的徑向位移。

為了得到儲(chǔ)罐在不均勻沉降作用下的屈曲臨界值，假設(shè)不均勻沉降按照等比例的方式繼續(xù)增大。繪制儲(chǔ)罐上徑向位移最大點(diǎn)的沉降-位移曲線，如圖8所示?？梢钥闯?，在沉降加載初期，變形和沉降之間是線性關(guān)系；沉降增大到A點(diǎn)后，LPFs不再增加，結(jié)合圖7(b)可以發(fā)現(xiàn)，在θ=0°附近出現(xiàn)了較大的變形和徑向位移，說(shuō)明儲(chǔ)罐發(fā)生了結(jié)構(gòu)的屈曲失穩(wěn)破壞。此時(shí)LPFs=1.111，即Umax增大到10.44 mm(向下)時(shí)，儲(chǔ)罐發(fā)生了屈曲。

圖8 儲(chǔ)罐僅在實(shí)測(cè)不均勻沉降作用下的沉降-位移曲線

2.3 儲(chǔ)罐僅在風(fēng)載荷作用下的屈曲分析

根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》查得舟山地區(qū)ω0=850 Pa，對(duì)應(yīng)的風(fēng)力等級(jí)為12級(jí)。根據(jù)式(4)，計(jì)算得到λ=1 985.6 Pa，將λ代入式(5)，即可得到沿罐周分布的風(fēng)載荷分布形式。

(a)LPFw=1 (b)LPFwc=2.374

圖9 儲(chǔ)罐僅在風(fēng)載荷作用下的徑向位移云圖(單位：m)

將風(fēng)載荷分布函數(shù)施加于有限元模型。采用弧長(zhǎng)法可計(jì)算得到儲(chǔ)罐僅在風(fēng)載荷作用下的變形響應(yīng)，如圖9所示，徑向位移云圖的正前方為儲(chǔ)罐的迎風(fēng)受壓區(qū)(以下同)。當(dāng)風(fēng)載荷比例系數(shù)LPFw=1時(shí)，即風(fēng)載荷完全加載，儲(chǔ)罐發(fā)生了變形(見(jiàn)圖9(a))。最大徑向位移rmax=3.13 mm，結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，且在迎風(fēng)受壓區(qū)，儲(chǔ)罐產(chǎn)生向內(nèi)的徑向位移。

為了得到儲(chǔ)罐在風(fēng)載荷作用下的屈曲臨界值，風(fēng)載荷按照等比例的方式繼續(xù)增大。儲(chǔ)罐上徑向位移最大點(diǎn)的載荷-位移曲線如圖10所示。

圖10 儲(chǔ)罐僅在風(fēng)載荷作用下的載荷-位移曲線

可以看出，風(fēng)載荷增大到B點(diǎn)后，LPFw不再增加，而徑向位移迅速增大，儲(chǔ)罐發(fā)生了屈曲失穩(wěn)。將儲(chǔ)罐發(fā)生屈曲失穩(wěn)時(shí)的風(fēng)載荷比例系數(shù)定義為臨界風(fēng)載荷比例系數(shù)，記為L(zhǎng)PFwc,得到此時(shí)儲(chǔ)罐的徑向位移云圖如圖9(b)所示，屈曲出現(xiàn)在儲(chǔ)罐的迎風(fēng)受壓區(qū)域。分析圖10曲線，LPFw增大到B點(diǎn)時(shí)不再線性增大，即LPFwc=2.374，對(duì)應(yīng)的λ=4 713.8 Pa，換算成風(fēng)速v=56.8 m/s，風(fēng)力等級(jí)Wc=17，為颶風(fēng)。

2.4 聯(lián)合作用下的屈曲分析

基于本文提出的兩者聯(lián)合作用下的屈曲分析方法，得到儲(chǔ)罐徑向位移云圖，如圖11所示?？梢钥闯?，屈曲發(fā)生的位置均在儲(chǔ)罐的迎風(fēng)受壓區(qū)域。

(a)α=0°，LPFwc=0.323 (b)α=90°，LPFwc=1.317

在不同風(fēng)向角的風(fēng)載荷作用下，儲(chǔ)罐徑向位移最大點(diǎn)的載荷-位移曲線如圖12所示。

圖12 不同風(fēng)向角的風(fēng)載荷-位移曲線

從圖12可以看出，風(fēng)載荷初始加載時(shí)，儲(chǔ)罐的徑向位移與風(fēng)載荷呈線性關(guān)系。當(dāng)風(fēng)載荷增大到臨界風(fēng)載荷后，儲(chǔ)罐的變形量迅速增大，發(fā)生了屈曲。由于沉降在罐壁底部分布的不均勻性，不同風(fēng)向角風(fēng)載荷的LPFwc差別較大。

相較于正常儲(chǔ)罐發(fā)生屈曲時(shí)的LPFwc，將聯(lián)合作用下各風(fēng)向角風(fēng)載荷臨界比例數(shù)降低的百分比記為η，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

結(jié)合表4和圖12可以看出，α=0°時(shí)，具有不均勻沉降的儲(chǔ)罐在風(fēng)壓幅值為640 Pa時(shí)發(fā)生了屈曲失穩(wěn)，該值僅為舟山地區(qū)基本風(fēng)壓ω0對(duì)應(yīng)風(fēng)壓幅值(1 985.6 Pa)的1/3。此時(shí)LPFwc=0.323，相比于無(wú)沉降的儲(chǔ)罐，LPFwc降低了86.41%，僅在9級(jí)風(fēng)作用下就會(huì)發(fā)生屈曲失穩(wěn)。這是因?yàn)樵诓痪鶆虺两底饔孟?，?chǔ)罐在θ=0°的位置附近已經(jīng)產(chǎn)生了較大的變形，嚴(yán)重降低了儲(chǔ)罐的抗風(fēng)穩(wěn)定性。

表4 不同風(fēng)向角的臨界風(fēng)載荷

α在-60°～15°范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)應(yīng)的LPFwc<1.0，即風(fēng)載荷幅值還未達(dá)到舟山地區(qū)的風(fēng)壓幅值1 985.6 Pa時(shí)就發(fā)生了屈曲失穩(wěn)；而α在其余范圍時(shí)，儲(chǔ)罐發(fā)生屈曲時(shí)的LPFwc在1.0～1.8之間，對(duì)應(yīng)的風(fēng)力等級(jí)為13～15級(jí)，與前面計(jì)算得到的正常罐發(fā)生屈曲的17級(jí)風(fēng)相比，風(fēng)載荷的臨界幅值下降較多。因而，不均勻沉降的存在，使儲(chǔ)罐在風(fēng)載荷作用下更易發(fā)生屈曲失穩(wěn)。

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，繪制儲(chǔ)罐在各風(fēng)向角風(fēng)載荷作用下的LPFwc曲線，并將儲(chǔ)罐實(shí)測(cè)的不均勻沉降曲線一并繪入，如圖13所示，以對(duì)比分析不均勻沉降對(duì)儲(chǔ)罐抗風(fēng)性能的影響。

圖13 各風(fēng)向角風(fēng)載荷的LPFwc曲線與不均勻沉降曲線

通過(guò)對(duì)比不同風(fēng)向角風(fēng)載荷的LPFwc曲線和不均勻沉降曲線發(fā)現(xiàn)，兩條曲線(見(jiàn)圖13)具有相似的變化趨勢(shì)。在不均勻沉降向下沉降對(duì)應(yīng)的罐壁區(qū)域，儲(chǔ)罐的抗風(fēng)穩(wěn)定性削弱較少，這是因?yàn)榈鼗南蛳鲁两禃?huì)造成儲(chǔ)罐向外的徑向位移，但在風(fēng)載荷作用下儲(chǔ)罐的迎風(fēng)受壓區(qū)域會(huì)產(chǎn)生向內(nèi)的徑向位移，緩解了已有的變形；而在地基發(fā)生向上提離的區(qū)域，罐壁上產(chǎn)生了向內(nèi)的徑向位移，風(fēng)載荷加劇了變形，因而在地基向下沉降對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)罐罐壁抗風(fēng)穩(wěn)定性削弱較多，即不均勻沉降中的向上提離對(duì)儲(chǔ)罐抗風(fēng)穩(wěn)定性更為不利。

3 結(jié)語(yǔ)

為了研究大型儲(chǔ)罐在地基不均勻沉降和風(fēng)載荷聯(lián)合作用下的屈曲穩(wěn)定性，本文提出了一種屈曲數(shù)值模擬方法。考慮到沉降分布的不均勻性，通過(guò)改變風(fēng)載荷的風(fēng)向角，研究了不均勻沉降分布形式對(duì)儲(chǔ)罐抗風(fēng)性能的影響，并以某20 000 m3固定頂儲(chǔ)罐為例開(kāi)展了屈曲分析。

(1)相比于無(wú)地基沉降的儲(chǔ)罐，發(fā)生了地基不均勻沉降的儲(chǔ)罐的抗風(fēng)穩(wěn)定性被削弱。在不均勻沉降向下沉降對(duì)應(yīng)的罐壁區(qū)域，儲(chǔ)罐的抗風(fēng)穩(wěn)定性削弱較少；在地基向上提離對(duì)應(yīng)的罐壁區(qū)域，儲(chǔ)罐的抗風(fēng)穩(wěn)定性削弱較多。

(2)儲(chǔ)罐發(fā)生屈曲時(shí)的臨界風(fēng)載荷隨著風(fēng)向角的變化趨勢(shì)與地基不均勻沉降沿罐周的分布形式相似。儲(chǔ)罐更易在向上提離幅值最大處對(duì)應(yīng)的罐壁區(qū)域發(fā)生風(fēng)致屈曲。