大型LNG储液罐的静力分析

陈泓宇

广州大学土木工程学院广东广州510006

摘要：2018年，中国天然气进口同比2017年增长31.9%，至9040万吨，成为世界第一天然气进口大国，为了储存日益增加的天然气，将来会有越来越多的大型LNG(LiquefiedNaturalGas)储罐建成投入使用。LNG储液罐作为对安全要求极高的建筑物，本文采用ANSYSAPDL对储罐在地震激励下进行结构分析。

关键词：大型LNG储罐；静力分析；ANSYS模拟

1.LNG储罐概况

本文LNG储罐的容量是16万m3，直径86.8m，高50.8m，采用密封的双壁结构。整个储液罐分为4部分：分别是外罐、内罐、钢制穹顶、填充层。外罐由预应力钢筋和混凝土组成。内罐由9％镍低温钢制成，与外罐锚固支撑。钢制穹顶为6.9mm厚碳钢组成。填充层：0.67m厚膨胀珍珠岩与0.33m厚环形玻璃纤维填充内外罐侧壁之间，共1.0m。内罐底部铺设两层共0.44m厚泡沫玻璃砖与两层共0.38m厚混凝土垫层。

2.模型建立及网格划分

对于外罐和填充层混凝土及所有填充物，采用SOLID65单元。内罐和钢制穹顶，采用SHELL181单元。对于预应力钢筋，采用LINK180单元。对模型进行分析，画出各个关键点，将各个关键点连成线并且生成面，采用Extrude命令将面旋转生成体。在网格划分方面，除了罐顶外其余全部采用六面体扫掠划分的形式。罐顶网格采用四面体自由划分。对模型各个部分，采用ContectPair中的BOUNDED接触，将模型各个部分连接成一个整体。最终网格划分后的模型如图1所示。

图1LNG储罐有限元模型

图2重力和预应力作用下外罐拉应力云图

图3重力和预应力作用下外罐挠度云图

3.静力分析

针对本模型，对其重力与预应力钢筋作用下进行分析。对于钢筋预应力，采用降温法实现会比较方便计算和操作。原理如下：

—有效张拉应力，—钢筋线膨胀系数，取，—钢筋弹性模量，取计算，对底下20根环向钢筋、其余的35根环向钢筋和180根纵向预应力筋分别降温194℃、593.15℃与625.7℃即可达到各自要求的有效应力值。分析结果图2、图3所示。

4.结论

（1）LNG储罐在预应力与重力作用下，挠度最大出现在距离罐底约17m处，最大挠度为1.36cm，最大拉应力在罐底与承台接触处，为1.61MPa,在混凝土抗拉强度内。挠度与拉应力均满足抗震设计要求。

（2）对于LNG储罐环向预应力钢筋的设计强度，建议对靠近油罐承台的环向预应力钢筋，施加的预应力要小于油罐顶部的钢筋预应力，约为顶部预应力钢筋的1/4到1/3（取决于环向钢筋距离承台高度），若所有环向钢筋的预应力强度都相等，可能会对外罐底部的混凝土产生较大拉应力，进而出现裂缝。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社,2010.

[2]毕晓星,彭延建,张超,陈团海,李牧.LNG储罐地震响应分析方法[J].油气储运,2015,34(11):1202-1207.