海洋平臺大型方罐地震液體晃蕩分析方法

1、海洋平臺大型方罐地震液體晃蕩分析方法摘要：利用地震響應(yīng)譜理論和海洋平臺結(jié)構(gòu)分析軟件 SACS求解平臺罐體處各階振型對應(yīng)的地震加速度并擬合地 震激勵，利用流體動力學(xué)軟件FLUENT模擬在地震激勵作用 下方罐內(nèi)液體的響應(yīng)，從而得到方罐四周液體的動壓力情 況，解決了大型方罐地震液體晃蕩問題。關(guān)鍵詞：方形儲油罐，抗震設(shè)計(jì) 地震響應(yīng)譜 液體晃蕩 流體動力學(xué)Abstract： Answer the platform square storage tank s seismic acceleration and exciting fitting under the response spectrum theo

2、ry and offshore platform structure analysis software SACS，acquire liquid response and dynamic pressureunder the fluid dynamics software-FLUENT， and solve the liquid sloshing problem for the large square storage tank.Key Words： Square storage tank Antiseismic design Seismic response spectrum Liquid s

3、loshing Fluid dynamics1.引言2009年投產(chǎn)的旅大32-2 PSP平臺是國內(nèi)第一個(gè)自主設(shè) 計(jì)、建造和安裝的，集生產(chǎn)、儲油和外輸于一體的新型生產(chǎn) 儲油平臺，是中海油一種新型開發(fā)模式的有益探索。該平臺 利用主結(jié)構(gòu)作為載體有效圍成儲油能力為1萬2千多方的方 形儲油罐，儲油罐與平臺結(jié)構(gòu)連為一體相互影響。地震時(shí)， 罐內(nèi)液體的對罐體和平臺的影響是設(shè)計(jì)要考慮的重要問題， 同時(shí)，該問題沒有相關(guān)規(guī)范可遵循。3.平臺整體地震響應(yīng)分 析方法3.1地震設(shè)計(jì)原則和條件抗震設(shè)計(jì)的基本原則是“小震不壞、中震可修、大震不 倒”，這就是說，按照這個(gè)原則設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，在遭遇輕微的 地震時(shí)，不會發(fā)生損壞或不需修

4、理仍可繼續(xù)使用；從力學(xué)概念上講，一般情況下，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇第一水準(zhǔn)烈 度的地震時(shí)，還處于彈性狀態(tài)；當(dāng)遭遇第二水準(zhǔn)烈度的地震 時(shí)，結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性狀態(tài)（但這種非彈性還僅是材料的變 化）；當(dāng)遭遇第三水準(zhǔn)烈度時(shí)，結(jié)構(gòu)已發(fā)生較大的非彈性變 形。結(jié)構(gòu)的抗地震設(shè)計(jì)，盡管各國規(guī)范的規(guī)定不盡相同，但 基本上都是按照“中震可修（或小震不壞）、大震不倒”的 兩個(gè)水準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。API RP 2A-WSD在地震分析的規(guī)定上， 其作法與上述作法是一致的。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對地震作用分析 要進(jìn)行強(qiáng)度和韌性兩種分析，這就是這種作法的體現(xiàn)。由于 海洋石油總公司等同采用API RP 2A-WSD為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因 此，對抗地震設(shè)計(jì)，也是進(jìn)行強(qiáng)

5、度和韌性兩種分析。結(jié)合我 國規(guī)定，在進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，采用的是50年重現(xiàn)期10%超 越概率的地面水平峰值加速度；在進(jìn)行韌性分析時(shí)，采用50 年重現(xiàn)期2%超越概率的地面水平峰值加速度。需要說明的是，“烈度”和“地面水平峰值加速度”兩 個(gè)詞的概念是不一樣的，但分別采用二者設(shè)計(jì)的效果是等同 的。海洋石油總公司不直接采用“烈度”進(jìn)行設(shè)計(jì)的原因， 是因?yàn)槲覈壳霸诤Ｉ线€沒有進(jìn)行地震烈度的區(qū)劃，同時(shí)又 沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)定，因此，不能直接采用烈度值進(jìn)行設(shè)計(jì)。 但使用“地面水平峰值加速度”的作法是符合我國“雙軌制” 抗震設(shè)防的作法和國際作法的。要注意的是，設(shè)計(jì)采用的加 速度一類的地震動參數(shù)必須要得到國家有關(guān)主管

6、部門的批 準(zhǔn)。取500年一遇（近似于50年超越概率約10%）對應(yīng)水 平加速度作為強(qiáng)度驗(yàn)算的加速度，由于表3-1缺少50年重現(xiàn) 期2%超越概率的地面水平峰值加速度，故根據(jù)API規(guī)范， 取2倍強(qiáng)度地震荷載來進(jìn)行地震韌性分析。3.2地震響應(yīng)分析方法地震作用的分析有三種方法：地震系數(shù)法、反應(yīng)譜法和 時(shí)間歷程法（時(shí)程法）。地震系數(shù)法由于精度較差，因而一 般僅用于初步計(jì)算。響應(yīng)譜由于實(shí)用、簡單，且能給出滿意 的結(jié)果，因此是目前設(shè)計(jì)采用較多的方法。時(shí)程法結(jié)果最精 確，且能給出過程特性，但由于分析復(fù)雜，因而僅在重要的 工程中，得到應(yīng)用。本文采用響應(yīng)譜法進(jìn)行平臺整體地震分析，響應(yīng)譜法 是目前地震作用分析廣泛采用

7、的方法。響應(yīng)譜法的基礎(chǔ)是振 型迭加法。由于迭加原理要求系統(tǒng)是線性的，因此，響應(yīng)譜 法僅適用于線性系統(tǒng)。振型迭加法的基本原理是將相互關(guān)聯(lián)和影響的多自由 度振動解耦成相互無關(guān)的單自由度振動，然后求解這多個(gè)單 自由度振動，最后按照一定的原則進(jìn)行迭加，則得到結(jié)構(gòu)的 響應(yīng)。響應(yīng)譜法應(yīng)用極為成熟，由于人們對地震的重視而記 錄的大量地震記錄曲線，為響應(yīng)譜的制作提供了豐富的素 材。地震液體晃蕩荷載分析關(guān)于方型罐地震液體晃蕩荷載如何考慮，沒有任何規(guī)范 可遵循，我國立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50341 地震作用驗(yàn)算用的公式僅限于圓筒罐3，方型罐無法套用。 本文利用計(jì)算流體動力學(xué)軟件FLUENT，通過模擬

8、地震波對 不同液位狀態(tài)下的罐體進(jìn)行動力分析，并研究罐體四周受壓 的分布狀態(tài)。對于地震波的選取，由于罐體處于平臺甲板上， 缺乏地震波數(shù)據(jù)，本文采用振型疊加方法利用前20階振型 所對應(yīng)的加速度來擬合地震波結(jié)束語常規(guī)儲油罐設(shè)計(jì)可依照罐體規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，但與結(jié)構(gòu)連 為一體相互影響的旅大32-2 PSP大型方形儲油罐需要結(jié)合 自身的特點(diǎn)進(jìn)行多方面探索，其中地震時(shí)方罐內(nèi)液體晃蕩荷 載分析為其中的難點(diǎn)之一。本文利用地震響應(yīng)譜理論和 SACS軟件求解平臺罐體處各階振型對應(yīng)的地震加速度并擬 合地震激勵，利用流體動力學(xué)軟件FLUENT模擬在地震激勵 作用下儲罐由內(nèi)液體的響應(yīng)，從而得到地震作用下，旅大 32-2 PSP方型儲油罐在地震作用下液體動壓力與靜壓力的 比值不超過1.5倍的結(jié)論，該結(jié)論大大簡化工程設(shè)計(jì)，同時(shí) 也為今后類似罐體的設(shè)計(jì)帶來寶貴的借鑒作用。參考文獻(xiàn)1 American Petroleum Institute （ API）， RP 2A， Recommended Practice for Planning， Designing， and Const