原油储罐基础沉降在线监测与安全性研究

为满足我国各地原油储备及周转需要，油田企业建设有大型原油储罐。部分储罐随着服役年数的增加，出现由于储罐地基的不均匀沉降而导致的罐壁变形，进而浮盘不能自由升降的现象。通过对储罐基础实测沉降数据建立储罐有限元模型，由计算结果分析研究基础沉降储罐的结构响应，并提出该储罐的安全运行液位，可为使用年限较久的储罐的安全评估提供一定的指导。     

地基沉降及动水压对储罐屈曲强度的影响

大型油罐在地震载荷作用下的罐壁屈曲属于弹塑性变形失稳。为研究地基沉降对非锚固储罐屈曲性能的影响,基于Ramberg-Osgood本构模型,考虑储罐底板、壁板、加强圈、抗风圈、非锚固环墙式地基等实际几何结构因素,采用三维有限元模型(FEM)数值模拟非锚固储罐在谐波沉降下的屈曲行为,研究水平地震力下罐内液体的动水压力、地基谐波沉降的次数及幅值对罐壁屈曲临界压应力的影响特征。结果表明:在谐波沉降及动水压共同影响下,储罐屈曲发生的位置为壁板加强圈之间,罐壁变形呈现非周期性变化。地基谐波沉降、动水压均降低了储罐的屈曲临界压应力,且相同沉降量下,随着谐波次数的增多,储罐抗屈曲的能力越来越弱。     

地基沉降对石油储罐象足屈曲的影响

为优化大型石油储罐的抗震设计,针对大型非锚固外浮顶储罐,综合考虑地基、非锚固罐底、变壁厚、抗风圈等几何结构和材料特性等因素,采用有限元分析(FEA)法构建储罐全模型,分析地基沉降对罐壁象足屈曲临界载荷的影响;基于Fourier变换,通过若干阶谐波组合的形式模拟储罐地基沉降,分析地基谐波沉降前后储罐的径向变形、屈曲模态与屈曲强度,探明储罐地基单次谐波沉降的谐波次数、谐波幅值、谐波的波峰与波谷对象足屈曲临界载荷的影响。结果表明:地基谐波沉降在不同程度上降低了油罐的象足屈曲临界载荷。储罐象足屈曲临界压应力随地基谐波沉降幅值的增大而减小;相同沉降量下,随着谐波次数的增大,储罐抗屈曲的能力越来越弱。     

地基沉降条件下储罐结构响应模型对比分析

通过采用傅里叶分解方法,对储罐基础实测沉降数据进行处理,建立3种不同储罐有限元模型进行计算,根据计算结果分析地基沉降条件下储罐的结构响应,通过对比对3种储罐模型进行了评价。所得结论可为保障储罐安全运行提供参考。     

大型储罐不均匀沉降及地震力作用下应力仿真分析

为了探究大型储罐在不均匀沉降、地震力以及二者耦合作用下的应力分布情况,利用Ansys/Workbench有限元软件对某5×10⁴ m³大型浮顶储罐进行了建模仿真。结果显示相较于理想工况下储罐的应力分布,不均匀沉降或地震力工况下储罐结构应力变化均较小,储罐相对安全;但双因素耦合作用下储罐会产生严重的应力集中,Mises应力最大值达835.03 MPa,已远大于材料强度极限值740 MPa,储罐已处于不安全状态,考虑地震力的不可抗性,大型储罐运行中应严格控制不均匀沉降变化范围。     

基于谐波沉降的管道力学分析*

为避免地面沉降引发的油气管道事故,研究沉降管道的力学特性,提出基于谐波沉降的管道力学评估方法。以中国石化某沉降管道为研究对象,通过现场测量的方法获得沉降区管道高程,利用傅里叶级数展开对不均匀沉降数据进行处理分析,获得管道谐波沉降的拟合函数。建立ANSYS有限元模型,采用土弹簧模型模拟非沉降区管道与土体相互作用关系,将谐波沉降作为位移载荷施加到沉降区管道,对含内压管道的沉降进行数值模拟,分析其应力、应变分布规律。结果表明:沉降与非沉降交界处管道应变及应力最大,基于应变的评估准则,管道运行状态为安全,为应急响应提供支撑。     

高速铁路桥梁桩基沉降预测模型研究

科学、合理地预测桥梁桩基工后沉降量是高速铁路建设的关键环节.鉴于京沪高速铁路桥梁桩基沉降曲线在多级荷载作用下呈明显阶梯形基本特征,而常规沉降预测模型不能反映全过程的沉降与时间的关系,引入荷载系数的概念,建立了变形过程指数模型,介绍了模型的求解过程及参数的确定方法.并结合沉降实测资料,运用指数曲线模型和Logistic模型进行对比分析.结果表明,变形过程指数模型能将架梁前期的观测数据纳入分析时间段内,其预测精度高,误差小,预测结果与实测数据基本吻合.进一步对模型参数的计算值进行粗差分析及归类,给出了不同地基土层、不同荷载作用下参数β的建议值.     

爆炸冲击下钢制浮顶储罐破坏的数值模拟

为获得大型钢制浮顶式储罐结构在爆炸冲击作用下的破坏机制,采用理论分析、缩比模型爆炸模拟试验与数值模拟结合的方法,研究浮顶储罐结构的破坏特征和内力变化过程。结果表明:由于爆炸冲击波的瞬间冲击作用,罐壁沿环向形成巨大的压缩内力,迎爆面罐壁顶部屈服导致罐体失稳破坏;浮顶罐的结构破坏经历了弹塑性动力响应过程,最终形成迎爆面罐壁的内凹塌陷和屈曲变形;并且,罐壁的内力以拉压力和产生弯矩的内力为主,但拉压作用更为明显,罐壁沿其环向处于受压状态,沿轴向处于受拉状态。     

大型原油储罐泄漏隔堤池火灾后果研究

为了研究储罐大孔泄漏后可能产生的隔堤局部面状液池火灾,以10万立方大型原油储罐为例,采用计算流体力学软件FLUENT和火灾模拟软件FDS计算储罐在真实泄漏场景下的液池区域,模拟发生隔堤池火的分布特征及对临罐热辐射影响。研究结果表明:储罐原油泄漏后将在隔堤内形成相对稳定面积的液池,在储罐不同方位处泄漏形成的液池面积与储罐壁距雨水收集槽长度相关;储罐正下方的隔堤池火对储罐造成的热辐射极大;风对临罐受到的池火热辐射强度影响明显,指向罐组中心方向的来风对临罐热辐射强度影响较大。     

地基差异沉降下埋地管道的有限元分析与试验研究

利用大型数值模拟仿真软件ABAQUS对地基差异沉降下的埋地管道力学性状进行了分析,找出了管道受力较大的区域.采用电测法对地基差异沉降下的埋地管道受力状况进行现场测试,结果表明,有限元计算结果与试验吻合良好.对管道每隔一个月连续进行4次应力测试,得知地基差异沉降下管道所受的应力远小于管道材料的许用应力.分析了埋地管道受力影响因素.可以为地基差异沉降下埋地管道最大应力区的有效防护提供参考.     

某煤气柜储气罐地基差异沉降评测

通过补勘、沉降计算及依据实测资料对后期沉降量的推算,对某煤气柜储气罐地基差异沉降问题进行了评测。     

石化企业储罐高液位运行风险分析与防护系统建设探讨

针对炼化企业低负荷运行导致的储罐高液位储存问题,全面分析了近些年国内外储罐火灾爆炸事故,指出高液位运行储罐应重点防范储存汽油、原油等易燃轻质油品的固定顶储罐和浮顶储罐全面积火灾、群罐火灾;储罐因高液位运行造成的风险增加主要体现在上游轻组分因生产波动容易进罐、雷击、冒罐溢油、浮盘沉没或卡盘、因地震罐体坍塌、硫化物自燃、因罐底高应力造成罐壁坍塌、灭火难度大等方面;基于系统化理念,从工艺技术、安全管理和应急防护三方面提出了14项措施加强高液位储罐的安全防护。     

穿越位置对地铁结构和行车安全的影响分析

下穿施工引起既有地铁结构发生沉降变形及内力变化,同时导致地铁变形缝处产生沉降差（错台）及张开,从而影响地铁结构安全及行车安全。针对不同穿越位置,采用打靶法对微分方程进行数值求解,从地铁结构变形程度、内力变化规律、变形缝沉降差（错台）及张开量的变化趋势这四个方面进行了计算、分析。结果显示:中心位置穿越时,地铁结构的最大沉降值低于其它穿越位置,同时变形缝沉降差较小,基本未张开。从结构安全和行车安全两个方面综合判断,中心穿越是最优的穿越位置。     

多方案联合处理土岩组合地基效果研究

建筑物土岩组合地基的不均匀沉降一直都是设计和施工的难题,结合工程实例,借助ABAQUS有限元软件,对使用CFG桩、旋挖桩和换填垫层法联合处理方案进行处理的土岩组合地基进行数值模拟。通过对比不同的地基处理方式对土岩组合地基差异沉降的影响,并分析地基的差异沉降和整体沉降,判断使用何种处理方式能较好地处理土岩组合地基的不均匀沉降问题。研究结果表明：使用CFG桩和换填垫层法联合处理的土岩组地基可以较好地解决地基的不均匀沉降问题,模拟结果可以为相关工程土岩组合地基的设计及处理提供一定的参考。     

管土刚度对地下管线和地表沉降的影响分析及简易预测方法研究

在地层沉降计算理论基础上,通过定义新的管土刚度系数,以打靶法为手段,计算分析管线的沉降变形趋势,从管线抵抗地层沉降变形的效果可通过增加隧道埋深来体现这一思想出发,找到该系数与假想隧道埋深的相互对应关系,进而建立一套地下管线沉降和地表沉降的简易预测公式。通过与数值解的对比分析,进一步验证了其准确性和合理性。该公式计算量小、模型简单,应用范围较为广泛,可用于计算考虑管土刚度后,管线沉降变形和管线与地层之间的脱空,也可用于计算考虑管线抵抗地层作用后的地表沉降变形。     

爆炸冲击作用下储油罐毁伤特性的数值模拟

大型储油罐是石油库的主要设备，研究其在爆炸载荷下的动态破坏特性意义重大。为获得拱顶油罐结构在爆炸冲击作用下的毁伤机制，采用ANSYS/LS-DYNA建立了柴油拱顶油罐的有限元数值模型，开展了不同炸药量和储油量下拱顶油罐结构的爆炸冲击破坏过程的数值模拟研究。结果表明：储罐内部爆炸后会出现两个薄弱区域，分别出现在罐壁与拱顶的环向交接处和柴油液面的分界处；储罐爆炸冲击波的分布几乎不受TNT当量变化的影响，但爆炸超压随着TNT炸药质量的增加而显著增强；储罐内部的油料液体可以减弱爆炸冲击载荷对罐体结构的破坏效应。研究可为既有罐区安全功能改进和新罐区建设提供理论支撑。     

大型冷库液氨储罐结构强度计算分析与校核

针对大型冷库液氨储罐的安全设计问题,应用SolidWorks、ANSYS分别对液氨储罐进行了三维建模和有限元计算,考虑了储罐自重、液货自重和内外压力载荷,进行了储罐整体变形和应力分析,并采用应力线性化方法重点考核了应力集中区域的强度情况。仿真结果表明：储罐的最大应力集中在鞍座与罐体相连的附件,对应力集中区域进行线性化仿真计算后,一次局部薄膜应力和组合应力均在许用值范围内,满足《钢制压力容器——分析设计标准》（JB 4732—1995）要求,为相关压力容器的设计提供了参考。     

深厚软土地区大桥群桩沉降现场监测分析

为准确预测高速铁路沉降量,严格控制高速铁路沉降,达到高速铁路的平顺性标准,以某一软土地基高速铁路桥梁墩台为监测对象,采用液位-单点联合自动监测法对天津某特大桥沉降进行了长期观测。实测数据分析显示,单点沉降计布置合理的情况下能准确确定压缩层厚度。与现有规范的压缩层及沉降进行对比分析,结果表明,《公路桥涵地基与基础设计规范》误差最大,压缩层厚度比实测值大141.1%,沉降量比实测值大182.9%;按上海市《地基基础设计规范》得到的沉降量计算值比实测值大4.0%;按《建筑桩基技术规范》得到的应力比为10%,沉降量计算值比实测值大8.9%。与液位沉降计测得的总沉降相比,《铁路桥涵地基和基础设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》计算的沉降值偏大,其余规范计算的沉降值均偏小。从可靠性和安全角度考虑,建议采用以10%应力比为条件的"应力控制法"计算压缩层厚度,采用铁路规范方法计算高速铁路深厚松软土层的桥梁桩基总沉降。     

上软下硬地层隧道盾构施工引起的地表沉降研究

以大连地铁5号线地区盾构施工为背景,研究了在穿越上软下硬地层时盾构施工引起的地表沉降.运用线性回归和实测数据相结合的方法研究了盾构隧道掘进过程中地表沉降的规律,在Peck公式中引入最大地表沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β对公式进行修正,使其适用于大连地区上软下硬地层中盾构施工的地表沉降预测.结果表明,当α、β的取值范围分别为0.249～0.612和0.551～0.739时,修正后的Peck公式预测曲线与原始Peck公式曲线相比误差更小,预测结果更可靠.     

双曲线法拟合高铁路基沉降研究

为改进常规双曲线法拟合高速铁路线下工程中的"小量级、波动型"沉降时相关系数较低、预测沉降误差较大的不足,引入基于等效填筑时间修正和坐标变化推导得到的全量双曲线法和TS双曲线法。通过对某单点实测沉降的拟合,对比3种方法的结果差异,分析拟合起讫点的选择对相关系数和预测最终沉降的影响,并在此基础上探讨了各种方法的总体适用性。结果表明,TS双曲线法抗数据波动性强,预测沉降较稳定,在3种双曲线法中最适用于高速铁路工程的沉降拟合。