大型石油儲(chǔ)罐浮頂強(qiáng)度及穩(wěn)定性分析探討

黨小戈

（中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司， 遼寧 大連 116000）

1 簡(jiǎn)述:

大型儲(chǔ)罐浮頂為全鋼結(jié)構(gòu)，分單盤式與雙盤式。正常工作時(shí)，浮頂漂浮于液面，在導(dǎo)向管的限制下隨液面上下而動(dòng)；檢修時(shí)，降于罐底，由支腿支撐。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

分析的大型儲(chǔ)罐浮頂為雙盤式，主要由浮頂頂板、浮頂?shù)装?、邊緣板、環(huán)向隔板、徑向隔板、中心筒節(jié)及加強(qiáng)桁架等組成。其中，浮頂直徑99.500m，頂板剖面為W 形，即向半徑23.750m 處找坡，坡度15‰，利于排水。

圖1 加強(qiáng)桁架結(jié)構(gòu)示意圖

在徑向?qū)⒏№敺譃? 份，從內(nèi)向外分別為第一至第八環(huán)艙；且從第一到第八環(huán)艙，在環(huán)向又分別等分28、48、72、96、128、144、192、216 份。

3 建立應(yīng)力分析模型

3.1 材料特性參數(shù)

1.1 模型Ⅰ

豎直方向上，液體對(duì)浮頂?shù)母×τ妹鎻椈赡M。為保證浮頂模型的空間穩(wěn)定性，在水平方向上，對(duì)模型施加一個(gè)固定鉸支座和一個(gè)滑動(dòng)支座，并保證施加方向不會(huì)使模型成為瞬變結(jié)構(gòu)。

1.2 模型Ⅱ

豎直方向上，支柱用固定鉸支座模擬。為保證浮頂模型的空間穩(wěn)定性，在水平方向上，對(duì)模型施加一個(gè)固定鉸支座和一個(gè)滑動(dòng)支座，并保證施加方向不會(huì)使模型成為瞬變結(jié)構(gòu)。

圖2 模型Ⅰ

圖3 模型Ⅱ

1.3 邊界條件數(shù)據(jù)表

各工況的邊界條件，取數(shù)據(jù)如下：

工況號(hào) 模型 約束條件 荷載 分析工況 1 模型Ⅰ 面彈簧+水平面鉸支座和滑動(dòng)支座 自重+轉(zhuǎn)動(dòng)爬梯重+250mm降水量 靜力分析 2 模型Ⅰ 面彈簧+水平面鉸支座和滑動(dòng)支座 自重+轉(zhuǎn)動(dòng)爬梯重+第8 圈兩浮艙漏艙 靜力分析 3 模型Ⅰ 面彈簧+水平面鉸支座和滑動(dòng)支座 自重+轉(zhuǎn)動(dòng)爬梯重+第1 圈全浮艙及相鄰第2 圈漏艙 靜力分析 4 模型Ⅱ 支腿處為鉸支座 自重+轉(zhuǎn)動(dòng)爬梯重+30mm水柱 靜力分析

4 分析計(jì)算及評(píng)估

4.1 應(yīng)力計(jì)算

對(duì)于該模型，需考慮桿件單元的軸力，對(duì)于板單元，需考慮單元的最大正應(yīng)力。

工況1：

圖4 桿件軸力分布圖

圖5 頂板板件最大正應(yīng)力云圖

根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，分別對(duì)強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力進(jìn)行評(píng)定。L40x5 桿件需校核穩(wěn)定和強(qiáng)度應(yīng)力，L75x50x6 因其能保證桿件全長(zhǎng)度范圍與板件共同作用，可滿足桿件的整體穩(wěn)定。

工況2：

圖6 桿件軸力分布圖

圖7 頂板板件最大正應(yīng)力云圖

根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果對(duì)強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力進(jìn)行評(píng)定。L40x5 桿件需校核穩(wěn)定和強(qiáng)度應(yīng)力，L75x50x6 因其能保證桿件全長(zhǎng)度范圍與板件共同作用，可滿足桿件的整體穩(wěn)定，對(duì)于板單元構(gòu)件，采用第三強(qiáng)度理論驗(yàn)算其強(qiáng)度。角鋼和板件都滿足應(yīng)力強(qiáng)度要求。

工況3：

圖8 桿件軸力分布圖

圖9 頂板板件最大正應(yīng)力云圖

根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，L40x5 桿件需校核穩(wěn)定和強(qiáng)度應(yīng)力，L75x50x6 因其能保證桿件全長(zhǎng)度范圍與板件共同作用，可滿足桿件的整體穩(wěn)定。對(duì)于板單元構(gòu)件，采用第三強(qiáng)度理論驗(yàn)算其強(qiáng)度。角鋼和板件都滿足應(yīng)力強(qiáng)度要求。最大位移134mm<870mm，滿足抗沉要求。

工況4：

圖10 桿件軸力分布圖

圖11 底板板件最大正應(yīng)力云圖

根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，L40x5 桿件需校核穩(wěn)定和強(qiáng)度應(yīng)力，L75x50x6 因其能保證桿件全長(zhǎng)度范圍與板件共同作用，可滿足桿件的整體穩(wěn)定，對(duì)于板單元構(gòu)件，采用第三強(qiáng)度理論驗(yàn)算其強(qiáng)度。角鋼和板件都滿足應(yīng)力強(qiáng)度要求。

5 分析評(píng)定

對(duì)各模型在不同工況下的桿件強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力及板件在第三強(qiáng)度理論下的應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，即知，工況4 時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件都不發(fā)生破壞，但在有支腿處，斜腹桿受力較大，接近失穩(wěn)破壞。綜上所述，在漂浮于液面上，積水工況下，滿足規(guī)范規(guī)定的250mm 降水量的要求，根據(jù)漏艙的幾種工況，可知無(wú)桿件破壞，無(wú)板件破壞，桁架構(gòu)件中，上、下弦桿受力較小，可適當(dāng)減小斷面。