泄漏工况下的LNG外罐温度场仿真研究

为研究LNG储罐泄漏后外罐温度场的变化,以16万m3LNG预应力混凝土全容式储罐为研究对象。借助有限元软件ANSYS下的FLUENT建立了储罐的保温层和外罐壁的二维平面模型。考虑储罐内液体动态泄漏过程中和泄漏完成后超低温液体对混凝土外罐的影响,对储罐的温度场进行了模拟分析。分析表明,泄漏后不同高度外罐壁温度变化与泄漏孔位置和孔洞大小有极大的关联。外罐壁温度先降低,后升高,最后达到平衡。在热保护角的作用下,底部外罐壁温度变化明显减小。在热保护角高度范围内,混凝土外罐壁在高度方向上存在温度梯度,温度从底部向上逐渐减小。     

近断层地震动对大型LNG储罐作用效应分析

近断层地震动对长周期结构威胁很大,而大型LNG储罐属于安全等级要求极高的液固耦合长周期结构,为研究各类近断层地震动对LNG储罐的作用效应,采用数值仿真方法计算了16×10~4m~3LNG储罐在不同种类近断层地震动激励下的地震响应,通过对比单向、双向和三向地震动作用下LNG储罐地震响应的差异,验证了对LNG储罐进行三向地震作用研究的必要性。此外,重点研究了在具有向前方向性效应、滑冲效应与无脉冲地震动作用下LNG储罐地震响应的特点。结果表明:含有较大速度脉冲和大位移的地震动会激发储液的剧烈晃动,进而对罐壁顶部产生巨大的冲击,导致罐壁顶部出现应力突变和位移超限,最终引起储罐的菱形屈曲或顶部附属结构物的破坏。     

地下储液罐抗爆炸地冲击作用的流固耦合有限元分析

储液罐的抗震性能虽然得到了较为深入的研究,但对其抗爆炸产生的地冲击作用的研究还十分罕见。本文通过建立流固耦合的数值分析模型,研究爆炸地冲击作用下地下立式储液罐的动力特性,包括储液晃动波高、罐壁的应力和应变、底板的提离和浮放储液罐的"象足"变形产生原因及破坏机理等。研究结果表明,储液罐在爆炸地冲击荷载和地震荷载作用下的动力响应有明显区别,地震荷载作用下的储液罐抗震验算方法不适用于爆炸地冲击荷载。     

事故型撞击荷载作用下大型LNG储罐穹顶局部破坏形态分析

为了确定事故型撞击荷载作用下大型LNG储罐穹顶的局部破坏形态,以ф101.6 mm NPS法兰冲击能量为参照,选取穹顶局部壳体为靶体,利用等效飞射物弹体自由落体撞击靶体进行了15个工况冲击试验。通过对试验结果分析研究,标定了冲击成坑、冲击震裂、冲击剥落屈曲、冲击侵彻屈曲、冲击贯穿屈曲5种破坏形态,并给出了特征形态图。通过引入薄钢板弹道极限速度对侵彻贯穿屈曲破坏形态的侵彻深度进行修正,给出了以侵彻深度与穹顶厚度比值。这一无量纲参数为基准的破坏形态判断标准。最后,提出了事故型撞击荷载作用下LNG储罐穹顶的破坏等级划分标准,验证了Petry公式和BRL公式用于侵彻深度估算的有效性。     

飞射物撞击LNG储罐穹顶的试验与数值仿真分析

为了研究大型LNG储罐穹顶在飞射物撞击作用下的破坏形态,获取关键损伤量,选取大型LNG储罐穹顶顶端最薄弱部位制备了局部壳体试件,以LNG接收站区常用Φ101.6 mm(4in)NPS法兰的冲击能量为参照,分15个工况进行了相关试验和数值仿真研究。研究表明,不同撞击能量下LNG储罐穹顶的破坏形式主要有,冲击成坑、冲击震裂、冲击剥落屈曲、冲击侵彻屈曲、冲击贯穿屈曲。基于AUTODYN建立数值仿真模型,可以较好模拟飞射物撞击靶体的损伤发展过程,形象描述靶体内部的破坏形态,相关结果可以为LNG储罐穹顶的局部损伤评估和防护设计提供参考。     

基于阻尼器反力墙体系的特大型LNG储罐控制研究

特大型液化天然气(LNG)储罐的固有频率通常介于2～10Hz之间,处于大部分地震运动的频率范围之内.在过去的几十年中,许多事故已经证明,储罐在地震作用下很容易遭破坏.使用隔震支座来减少储罐的地震作用已经被证明是非常有效的,但对于特大型LNG储罐,其连接组件对隔震层层问位移有严格限制,尤其是在软土场地中,桩水平抗力与隔震...     

冲击荷载下层状饱和无粘性土动孔压发展模式研究∗

为揭示饱和无黏性土层在冲击荷载作用下动孔压发展模式及其受土层条件的影响,基于自主研制的冲击荷载加载台装置,开展了不同土层条件层状饱和土冲击试验,对动孔压发展特征及土体沉降等进行了分析。结果表明：冲击荷载作用下,无粘性饱和土体动孔压发展呈明显两阶段,即瞬态响应和稳态响应阶段,其中稳态响应阶段动孔压发展又经历缓慢下降及快速下降两过程。单层土情形下,饱和砂土在冲击荷载后动孔压发生骤增,随着粒径的增大,动孔压峰值越大,但其消散用时则随粒径的增大而减小;双层土情形下,动孔压稳态响应阶段因上下土层渗透系数变化,在其下层土动孔压下降过程产生明显变化;当含有相对弱透水夹层时,受弱透水层影响,各测点动孔压下降段几乎在同一时刻均出现明显转折平台,使其下降的速率明显变小,且该现象弱透水层以上土体较其下部土体更为显著;含夹层时,试验过程出现明显非均匀分布的“水膜”,最大厚度可达2 cm 左右。同时,每次冲击荷载下均伴随明显的土体沉降,随着冲击次数增加,土层沉降变化量逐渐减小。     

燃气爆炸作用下地下综合管廊动力响应模拟

针对地下综合管廊结构的抗爆性能,依托某工程实例,建立综合管廊结构在燃气爆炸荷载作用下的三维有限元模型,确定燃气爆炸荷载曲线及其在地下管廊上的加载方式,分析了地下管廊在燃气爆炸荷载作用下的动力响应,讨论了燃气爆炸荷载峰值、持时等主要参数对地下管廊衬砌动力破坏特征的影响。结果表明,燃气爆炸荷载作用下,管廊衬砌的损伤破坏具有局部性和弱传递性;当超压峰值小于0.2 MPa,管廊损伤程度不大;随燃气爆炸荷载峰值的增大,管廊衬砌的损伤程度逐渐加重,达到0.7 MPa时,即便较短持时,燃气室也将出现明显破坏;随燃气爆炸荷载持时的增大,管廊结构损伤破坏加重;相同冲量时,荷载达到峰值时间越短,管廊衬砌的损坏范围和损伤程度越大。     

水平地震激励下储罐液体晃动分析

在考虑地基与储罐相互作用的情况下，采用有限元法对储罐在水平地震荷载作用下的液体晃动反应进行了分析。结果表明：罐内液体的晃动是长周期运动，并且是多阶振型的组合。从与小体积罐的比较可以看出，大型储液罐的液面晃动不只是以基本振型为主，前几阶振型对液面晃动的贡献也比较显著，并且液面晃动的基本周期比小体积罐的大很多。     

不同约束方式下钢筋混凝土短柱火灾后(下)力学性能的试验研究

为研究钢筋混凝土短柱在相邻构件约束条件下,并经荷载和火灾共同作用后的力学性能,开展了18根受不同约束方式作用的钢筋混凝土短柱火灾后(下)力学性能的试验研究。获得了火灾后(下)钢筋混凝土短柱的剩余承载力、剩余轴压刚度、荷载—轴向变形关系曲线,分析讨论了约束方式、标准升温时间及荷载比等对火灾后钢筋混凝土短柱力学性能的影响。研究结果表明,火灾下和火灾后钢筋混凝土柱试件的破坏模式类似,但后者的混凝土表面裂纹以及剥落较前者严重;不论是火灾下还是火灾后,恒刚度约束的试件破坏较恒荷载约束严重;且恒荷载约束条件下得到的试件耐火极限大于恒刚度约束条件下得到的耐火极限。     

基于塑性铰模型的双肢薄壁墩抗震性能研究

为研究基于塑性铰模型的双肢薄壁墩的抗震性能,结合4种塑性铰模型、基底纵筋滑移模型及双肢薄壁墩简化计算模型,计算其在低周反复荷载作用下的墩顶变形及抗推承载力。建立空间非线性模型,计算分析该桥墩在低周反复荷载作用下的力学性能及破坏形态。同时,制作双肢薄壁墩的缩尺模型,通过拟静力试验研究其破坏形态、滞回曲线及骨架曲线。结果表明:理论计算、数值模拟与试验结果吻合良好,理论计算模型能够对该试验墩在低周反复荷载作用下的抗推承载力进行较为准确的计算,而且有限元模型可对破坏形态进行仿真;试验墩主要呈现以弯曲破坏为主的"弯剪破坏模式",滞回曲线"捏缩"效应明显;参数分析结果表明体积配筋率及混凝土强度对该桥墩抗震性能的影响较小,而纵筋率与轴压比对其力学性能的影响较大,其中轴压比取5%时试验墩延性最差,取10%时的延性最好。     

滚动环梁与滑移垫层并联隔震的立式储罐振动台试验研究

以滚动环梁与滑移垫层并联隔震基础为研究对象,进行了1/4储罐模型的地震动振动台试验研究。研究分2种工况模式,即:土体垫层非隔震基础形式和滚动环梁与具有弹性变形材料的滑移垫层的并联隔震基础形式。详细介绍了罐体设计、缩尺理论、隔震装置设计、测点布置和地震波输入等情况。并对非隔震和并联隔震模型的罐壁加速度,罐壁位移和罐壁应变对比得出了基本的结论。试验证明:并联隔震比非隔震具有更好的隔震效果,在El Centro波作用下,储罐罐壁加速度峰值减小了25%;金门波作用下减小了13%; Taft波作用下减小了40. 98%; Pasadena波作用下可减小66. 6%。在罐壁下部应力也有较好的减震率,可有效减少象足屈曲等破坏。     

山区乡村房屋模型洪水冲击试验研究

洪水对山区乡村房屋冲击作用的试验研究成果,可为山区乡村房屋的抗洪设计和抗洪能力评价提供依据。试验主要研究到溃口不同距离处的乡村房屋所受的洪水冲击作用。采用3种开洞率模型进行试验,研究洪水在不同距离、不同开洞率的情况下对房屋结构的冲击荷载分布、冲击力大小以及冲击弯矩的影响,得出了荷载分布规律和冲击力、冲击弯矩的变化规律。研究结果表明,迎水面冲击荷载沿水平方向的变化无明显规律,沿竖直方向随着高度的增大而逐渐减小;冲击力随着房屋到溃口距离的增大而增大,而开洞率对其影响不明显;冲击弯矩、冲击作用力随着距离的增大而增大,随着开洞率的增大而减小。     

考虑非达西渗流的天然结构性软土大应变非线性固结

天然软黏土的结构特性、大应变特性及低水力坡降下软黏土中的非达西渗流已渐被熟知。但同时考虑天然软黏土结构特性和非达西渗流的软黏土大应变固结理论仍鲜有报道。考虑非达西渗流和天然软黏土的结构特性对固结性状的影响,在拉格朗日坐标系中建立变荷载下软土一维大应变固结模型,并获得其有限差分数值解。在此基础上,与非达西定律下不考虑结构特性影响的软黏土大应变固结解对比,分析验证本文解的可靠性。最后,着重分析了非达西渗流、天然软土结构特性及外荷载对软黏土大、小应变固结性状影响的特征。结果表明:非达西渗流下土的固结速率相对于达西渗流延后,且非达西渗流参数越大固结速率延缓越明显,但其对土层最终沉降值无影响。相同非达西渗流参数下大应变固结速率快于小应变固结速率,但非达西渗流参数并不影响大、小应变固结速率的差异。当外荷载小于天然软黏土结构屈服应力时,土层在荷载作用下应变值较小,大、小应变固结速率的差异可忽略;随着外荷载的增加或结构屈服压力的减小,土层应变值逐渐增大,大、小应变固结速率的差异越明显。     

不同温度下约束钢梁的落锤冲击响应分析

研究不同温度和冲击荷载作用下约束钢梁的动力响应问题。利用通用非线性有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA,分别模拟了两端固支、一端固支一端轴向弹簧约束的钢梁在不同温度下受到落锤冲击时的动力响应。在温度荷载和冲击荷载联合作用下,分析了位移响应、撞击力时程曲线及冲量等的温度效应。通过撞击力时程曲线分析得出最大撞击力随温度的变化趋势与欧洲规范EC3给出的不同温度下的钢材的屈服强度折减系数的变化趋势相似,钢梁跨中的横向位移随着温度的升高而增加。还分析了高温和冲击荷载联合作用下落锤的撞击速度、不同的质量—速度组合、横向加劲肋对钢梁的变形的影响。     

桩顶荷载对桩基负摩阻力特性的影响

比较了在桩顶荷载作用下的负摩阻力特性与无桩顶荷载时的差异,指出不考虑桩顶荷载的中性点位置最低,下拽力最大。分析结果表明,当有桩顶荷载作用时,中性点的位置明显高于无桩顶荷载时,下拽力也明显小于无桩顶荷载时,而且随着桩顶荷载的增加,中性点上移和下拽力减小的趋势也很明显;桩顶荷载较小时,负摩阻力对于桩基沉降的影响基本上是线性的;在桩顶荷载作用下,长桩比短桩的中性点位置和下拽力的变化都小些,这对桩基负摩阻力特性的研究是有益的。     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

纯拉荷载下厚型钢结构防火涂层破损的评估方法

厚型钢结构防火涂层因耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但其易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,从而影响钢结构的抗火性能。运用有限元分析软件ANSYS对钢板在纯拉荷载下的涂层破损试验进行模拟,验证了有限元模型;然后选取几何尺寸、涂层材性、钢板-涂层界面参数等进行参数分析,确定界面破损的主要影响因素有涂层厚度、涂层弹性模量、界面粘结强度等;涂层横向裂缝破损的主要影响因素有涂层抗拉强度、涂层弹性模量等。在参数分析的基础上,提出纯拉荷载下钢板件涂层破损评估方法,并得到了试验的验证。     

纯拉荷载下厚型钢结构防火涂层破损的评估方法北大核心CSCD

厚型钢结构防火涂层因耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但其易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,从而影响钢结构的抗火性能。运用有限元分析软件ANSYS对钢板在纯拉荷载下的涂层破损试验进行模拟,验证了有限元模型;然后选取几何尺寸、涂层材性、钢板-涂层界面参数等进行参数分析,确定界面破损的主要影响因素有涂层厚度、涂层弹性模量、界面粘结强度等;涂层横向裂缝破损的主要影响因素有涂层抗拉强度、涂层弹性模量等。在参数分析的基础上,提出纯拉荷载下钢板件涂层破损评估方法,并得到了试验的验证。     

三面受火的方钢管混凝土柱火灾全过程力学性能分析

为系统研究非均匀受火时钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取不同阶段钢材和混凝土的热力本构模型的前提下,基于ABAQUS有限元平台,建立方形截面钢管混凝土柱三面受火数值模型。对经历常温加载、升温、降温以及火灾后等不同阶段的钢管混凝土柱力学性能进行初步分析,并与已有的试验进行对比验证;同时,分析了升温时间比t0、保护层厚度a、火灾荷载比n及长细比λ等参数对构件受火性能的影响。结果表明,三面受火时,钢管混凝土柱的破坏形式与均匀受火时有明显差异,因为柱截面温度的不均匀分布会使其产生附加偏心距,发生失稳破坏;三面受火后,钢管混凝土柱的极限承载力和延性均有不同程度的降低;长细比及升温时间比对三面受火时的方钢管混凝土柱力学性能影响较为明显,承载力和延性有明显的下降。