Workbench丨罐底板的變形仿真
按石油大學(xué)帥健老師主編的《管道及儲罐強度設(shè)計》的介紹,GB 50341儲罐(油罐)在充液(水或其他介質(zhì))后,在液柱靜壓力的作用下,會產(chǎn)生很大的環(huán)向應(yīng)力,并使罐壁周向伸長,沿徑向向外擴張。但由于罐壁的下端與罐底板焊接連接,罐壁的變形受到限制,無法徑向漲出,從而發(fā)生如下圖所示的變形。

GB 50341主要以API 650為參考,標準釋義內(nèi)容也少,前面我們提到的《管道及儲罐強度設(shè)計》對儲罐的介紹也不多,并且在該書的第二版,儲罐的內(nèi)容還縮水了。除了1986版的化工設(shè)計全書——儲罐,較新的、比較成系統(tǒng)的資料,不太多。這書的下載地址,見我們之前文章,分享丨1986版《化工設(shè)備設(shè)計全書-儲罐》。
目前,國內(nèi)對儲罐研究的比較多的是浙江大學(xué)的陳志平老師和他的研究生們,中國知網(wǎng)上可以查到不少他們寫的有關(guān)儲罐的期刊、學(xué)位論文。
研究儲罐底板的變形,儲罐基礎(chǔ)沉降(尤其是不均勻沉降)帶來的影響,不可忽略,陳志平等對此的研究比較早,也比較系統(tǒng),見文獻:陳志平. 大型非錨固儲油罐應(yīng)力分析與抗震研[D].杭州:浙江大學(xué),2006.
和文獻一樣,我們建立如下圖所示的軸對稱、2D儲罐模型:儲罐為環(huán)梁基礎(chǔ),棕色為混凝土(彈性模量E為28000MPa),青灰色的部分為回填土(E為37MPa),泊松比均設(shè)為0.2,如果考慮自重,還要輸入材料密度。
罐底板和最下一圈罐壁板連接處的大角焊縫,要把焊縫的模型也建上,這是我們重點關(guān)注的一個部分,此處模型應(yīng)盡量精細。并且此區(qū)域的網(wǎng)格劃分也要細。


模型的載荷及邊界條件如上圖所示。基礎(chǔ)下方為固定約束,儲罐內(nèi)表面設(shè)液柱靜壓。仿真結(jié)果如下:

大角焊縫處的變形,如下圖所示,和本文最前面的那個載圖差不多。當然,定性分析是比較容易的,但如果要進行定量分析,基礎(chǔ)的材料特性、尺寸應(yīng)盡量準確(貼近實際),當然這也是比較難得的。陳志平及其團隊的論文中,有一些實測數(shù)據(jù),并且進行了仿真,很可貴的資料。

如果能夠準確地對儲罐基礎(chǔ)、罐底、罐壁的變形進行仿真,個人覺得在此基礎(chǔ)上,還有很多東西可以分析,比如清掃孔,儲罐錨固等。
另外,有關(guān)儲罐的內(nèi)容我們之前也討論了一些,包括:
儲罐標準GB50341-2014中幾個公式的推導(dǎo)
儲罐的熱處理
儲罐底板焊接變形控制
大儲罐的無損檢測要點
大儲罐的防腐要點
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