LNG储罐低温泄漏实验

本实验以1 200 mm×8 00 mm×2 000 mm预应力实验结构为研究对象,制成500 mm×250 mm×2 000 mm的304白钢内罐,通过连续注入-196℃液氮,采用实验和ANSYS Workbench软件仿真模拟两种方法,获得动态泄漏过程温度场和应力场分布,探寻温度场和应力场分布变化规律。结果表明:在整个泄漏实验过程中混凝土结构温度先略有上升,随后温度迅速降低至平衡,待储罐低温液体挥发后温度极其缓慢回升至原温度场;在数值仿真分析中,随着储罐内泄漏液面不断升高,实验混凝土结构温度场温度迅速降低,等效应力场急速增大;低温液体泄漏液面升高时,混凝土结构温度与混凝土测点距储罐水平距离呈五次多项式定量关系。     

冲击荷载作用下LNG储罐外罐力学性能数值仿真分析

为了解LNG储罐在导弹等飞行物冲击荷载作用下的力学性能,借助于CAE程序ANSYS/LS-DYNA,选择钢材和混凝土材料适用的本构模型,建立了导弹和16万方LNG储罐外罐模型,分析了导弹冲击作用下LNG储罐外罐的力学性能。结果表明:外罐所受的最大有效应力持续时间及扩散范围受导弹初速度的影响较大,但弹体质量的影响并不明显;储罐外壁中的预应力筋可对冲击起到一定的阻抗作用,但当冲击速度达到音速时,钢筋的抗冲击作用不明显;导弹冲击对罐壁影响范围有限,只会对LNG储罐局部区域产生破坏,对储罐穹顶有轻微影响,对罐底基本无影响。建议从战略安全角度对LNG储罐外罐进行设计时要考虑导弹等冲击偶然荷载的影响。     

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。     

光热电站熔盐储热罐地下通风系统的数值仿真

由于高温熔盐储热罐在运行过程中内部温度非常高,致使其底部很大范围内的土壤处于高热环境,各种热效应使得基底持力层的承载力和稳定性受到很大影响。为有效降低罐底土壤的温度,采用在罐底埋设通风系统的方法,使土壤在一定深度内,形成1个温度较低的恒温层。利用ANSYS软件对某光热电站的高温熔盐储罐的地下通风系统进行建模,对通风系统和土壤进行流固耦合传热分析,研究其散热效能及温度场分布特性,并计算出使罐底1.45 m处土壤温度降低到90 ℃以下的通风系统的工作参数,为实际工程中风机功率的选择提供参考。     

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。     

储罐爆炸抛射碎片对目标储罐的破坏概率研究

化工储罐爆炸产生的抛射碎片击中并破坏相邻罐体后,将引发多米诺效应。N guyen破坏概率模型认为,当罐壳受撞击后,残余壁厚小于某个临界值时就会被破坏,并假设该临界残余壁厚为定值,存在不合理之处。本文基于储罐壳体损失面积安全评价方法AP I 579,把撞击形成的复杂凹坑简化为圆锥形,分别针对圆柱储罐、球罐推导出圆锥形凹坑剩余强度系数的求解方法,并根据塑性失效理论确定了罐壳的临界剩余强度系数,由此建立了新的破坏准则。在此基础上,采用蒙特卡罗法进行模拟,建立了新的爆炸碎片对目标储罐的破坏概率模型,与N guyen模型相比,得出的破坏概率偏大,结果更为安全保守。通过对剩余强度系数与无量纲撞击深度和凹坑锥角的变化关系进行分析,证明N guyen模型中临界残余壁厚为定值的假设并不合理,而新的基于剩余强度系数计算的破坏概率更为准确合理。     

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。     

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。     

换热管埋设位置对桥面板除冰效果影响现场试验北大核心CSCD

管埋式液体循环换热桥面除冰融雪技术可以利用浅层地温能、太阳能等可再生能源,是一种节能环保的新型融雪方式。依托江阴市征存路观风桥市政桥梁工程,针对在桥面板铺装层或桥面板底部埋设换热管两种埋管方式,开展桥面工程除冰现场试验。在桥面铺设冰层,分别通过铺装层换热管和底部换热管与桥面板进行换热,并通过参照试验消除外部环境对试验结果的影响。实测两种埋管位置循环换热作用下,桥面的除冰效果和桥面板的温度变化规律;初步对比分析两种埋管位置除冰系统的热效率(用于除冰的热量与系统提供的总热量的比值),及桥面板的热-力响应特性。结果表明:现场试验条件下,铺装层埋管除冰系统运行8小时后,系统的热效率约42%,8小时内平均热效率约25%;底部埋管桥面除冰系统的平均热效率约为铺装层内埋管桥面除冰系统的50%;在相同的热交换功率下,底部换热管除冰系统流体温度远高于铺装层换热管除冰系统,底部换热引起的桥面板底部混凝土最高温升为31℃,相应温度应力为2.78 MPa,约为混凝土抗压强度(19.1 MPa)的14.5%。为了达到相同的融冰效果,底部换热系统需提供更高的换热功率和流体温度,并在混凝土内部引起更大的温度应力。     

受火混凝土温度场的试验与数值模拟研究

对火灾下预埋温度传感器的混凝土试件进行高温试验,研究了单面受火和三面受火两种工况下温度在混凝土内部的传播以及分布规律。在试验的基础上采用大型通用软件ANSYS对混凝土试件内部的温度场进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好。结果表明:混凝土单面受火或三面受火时,同时间下不同截面高度处的温度值不同,说明温度沿截面高度的传递存在时差;在两种受火工况下,当混凝土内部温度达到100℃时会出现温度平台,试件表面会伴随出现潮湿现象;两种受火工况下混凝土内部的温度随时间的增长规律类似,但是距受火面相同高度处的温度值不同。     

高温下高强混凝土的爆裂规律与柱截面温度场计算

通过对国内外相关研究结果的整理和分析 ,总结了高温下高强混凝土的爆裂规律。编制了柱截面温度场的计算程序 ,并考虑了高温爆裂对温度场的影响 ,对高强混凝土柱的截面温度场进行了计算分析 ,给出了截面中轴线上由于爆裂所引起的温度变化的回归公式。     

高温下高强度混凝土的爆裂规律与柱截面温度场计算

通过对国内外相关研究结果的整理和分析，总结了高温下高强混凝土的爆裂规律。编制了柱截面温度场的计算程序，并考虑了高温爆裂对温度场的影响，对高强混凝土柱的截面温度场进行了计算分析，给出了截面中轴线上由于爆裂引起的温度变化的回归公式。     

地震动频谱特性对罐液体系地震响应的影响分析

基于拉格朗日方法建立考虑流固耦合效应的位移格式的运动方程,运用ANSYS建立立式拱顶储罐的三维有限元模型,分别选取短周期成分丰富(S1)、普通地震波(S2)和长周期成分丰富(S3)的三条天然地震波,分析了地震波频谱特性对液体晃动、罐底剪力、弯矩以及罐壁响应等结果的影响。研究表明,罐液体系自振频率存在两个明显频段,即液体晃动低频率段(长周期)和罐液耦联振动高频率段(短周期)。罐液体系的动力响应对地震波频谱特性的影响较为敏感。S3地震波卓越周期最接近罐液晃动周期,引起液面大幅度晃动,较其他增长4倍。罐液耦联振动对轴向应力响应影响最大,S1地震波卓越周期最接近罐液耦联振动周期,其引起罐底轴向压应力超过规范许用应力,出现明显"象足"屈曲变形。罐底剪力和弯矩受耦联振动影响最大,而液体晃动对其影响较小,地震激励仅引起液体表面少量单元产生对流运动。     

钢骨超高强混凝土框架结构地震弹塑性分析

为验证现行相关规范(规程)是否适用于钢骨超高强混凝土结构,以钢骨超高强混凝土框架结构为研究对象,应用大型通用有限元分析软件ABAQUS进行地震弹塑性分析。以结构自振周期、顶点位移、基底剪力、层间位移角为评价指标,讨论了建筑高度、地震波作用方向、填充墙、混凝土强度等级对框架结构地震弹塑性的影响。结果表明:1随着框架结构建筑高度增加,结构自振周期增大,顶点位移增大,基底剪力最大值增大,层间位移角增大;2与Y向地震作用相比,X向地震作用下结构自振周期较小,顶点位移最大值较小,层间位移角最大值较小,基底剪力最大值比较接近;3增加填充墙后,自振周期减小,顶点位移最大值减小,基底剪力最大值增大,层间位移角最大值减小;4柱采用较低强度等级混凝土的框架结构,自振周期增大,顶点位移最大值增大,层间位移角最大值增大,基底剪力最大值比较接近;5框架模型层间位移角计算结果满足现行规范(规程)的限值要求。钢骨超高强混凝土框架结构设计可参考现行规范(规程)的要求进行。     

再生粗骨料混凝土柱耐火性能试验与理论分析

为研究再生粗骨料混凝土柱的耐火性能,进行了1个足尺的再生粗骨料混凝土柱和足尺的1个普通混凝土柱在竖向恒定荷载和温度场耦合作用下的耐火性能试验研究,2个试件的混凝土设计强度均为C30,2个柱采用相同的轴压比施加竖向荷载。在试验研究基础上,比较分析了2个试件的耐火极限以及各个测点的温度变化、侧向挠度、轴向变形和破坏过程;用有限元软件ABAQUS对试件截面温度场进行了模拟分析,测点温度增量模拟结果与实测温度增量符合较好。研究表明:相同初始轴压比条件下,混凝土强度接近的再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱升温速度慢,具有相对较好的隔热性能;再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的抗爆裂性能好,耐火极限长;因再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的孔隙率相对较高,在高温作用下其内部蒸汽应力可得到一定释放,由此引起的柱子轴向压缩变形相应也较大;一定条件下的再生粗骨料混凝土柱可用于建筑工程。     

冻土隧道动态信息反馈施工控制技术

为形成多年冻土区隧道动态信息反馈施工控制技术,主要研究了隧道施工冻融圈响应规律与控制要点。结果表明:喷射混凝土前,由洞内至围岩围岩内部,其温度逐渐下降。同一深度处围岩温度又会随时间缓慢增长;喷射混凝土后,尽管围岩越深部其温度逐渐降低,但浇筑混凝土产生的水化热对整个围岩温度场影响显著,总体来看,距离洞壁深度与水化热效果影响成反比,当深度超过2m,围岩受水化热作用轻微。喷射混凝土越晚,同一深度处围岩温度越高,冻融圈深度越大。     

带肋薄壁L形钢管混凝土柱温度场研究

为研究高温下带肋薄壁L形钢管混凝土柱的抗火性能,建立了该类构件的ABAQUS温度场计算模型,并用相关试验结果验证了模型的正确性。采用该模型对所设计构件进行温度场计算,结果表明:构件横截面温度场呈现明显梯度分布,由受火面向截面中心逐渐降低;截面阳角处温度较阴角处更高,且阳角附近高温区域面积较阴角处大;构件内部钢筋温度较受火面呈现明显滞后现象,且中心温度较两端降低幅度更大。分析了受火时间、加劲肋尺寸和构件截面尺寸对构件温度分布的影响,可知随着受火时间的延续,构件各部位温度以不同幅度升高;钢筋加劲肋直径对钢筋温度影响比较明显,但对钢管和混凝土温度影响较小;截面尺寸越大,构件同一位置温度越低。     

冬季混凝土桥梁施工监控中温度参数的识别

混凝土桥梁温度场设计参数是影响桥梁施工误差的主要因素之一,施工过程中对其进行有效的识别直接关系到混凝土桥梁的结构安全。目前我国尚缺少各季节、各地区的混凝土桥梁温度场监测资料。为了分析冬季施工过程中混凝土桥梁的温度场分布,对榆林地区某斜拉桥进行了箱梁室内外温度和温度效应监测,根据热传导理论,建立了数值模型,采用瞬态热分析方法,得出了该地区冬季理论温度场。通过与箱梁相应温度测量值的比较,基于MATLAB平台,对82组数据进行了指数拟合,得出了适用于榆林地区冬季混凝土桥梁的温度场分布图。     

混凝土核心筒的有限元模拟及若干参数的影响分析

运用ABAQUS分析软件,建立水平荷载作用下的钢筋混凝土核心筒有限元模型,进行非线性分析,并将分析结果与大比例试件的试验结果对比,对所采用的有限元模型加以验证。在此基础上,进行改变钢筋混凝土核心筒轴压比、高宽比和筒壁厚度的受力过程模拟分析,研究这些参数对筒体性能的影响。结果表明:随着轴压比的增大,筒体的破坏由受拉向受压破坏转变,筒体最大水平承载力经历先增加后减小的变化,延性变差;随着高宽比的增大,筒体破坏形态由剪切向弯曲破坏转变,延性增加,整体弯曲作用更加明显,最大底部剪力减小;随着壁厚的增大,试件破坏由截面压屈失稳向墙肢底部受弯破坏转变,墙肢破坏区域沿高度方向发展,耗能能力更强,承载力明显增大,变形能力显著增加。     

喷水灭火过程中足尺钢框架房屋温度场试验研究∗

喷水灭火行为引起的火场局部温度骤降,有可能引起房屋结构破坏。为研究火灾及消防过程中温度场的分布和变化情况,设计建造了足尺钢框架房屋,根据实际火灾及消防场景设计火灾荷载和消防系统,模拟了真实火灾下窗户玻璃破碎和喷水灭火对火灾温度场的影响。试验过程中利用热电偶测量火灾及消防全过程的火场温度,得到了火场中不同位置的温度变化曲线。根据试验结果,并结合火灾动力学分析了火场温度的空间分布和变化规律。研究表明:火灾过程中,火场在垂直方向上存在明显的温度梯度,空气温度随高度增加而升高;框架平面沿水平方向越靠近起火点,升温速率越快,能达到的最高温度越高,垂直方向温度梯度越大;玻璃破碎增大了通风口面积,对通风控制型火灾的温度场有显著影响,靠近通风口处温度略有降低,而远离通风口的火场纵深处温度大幅上升;消防喷水能迅速抑制火场燃烧,降低火场温度,降温速率随喷水灭火时间增长而减小;开始灭火的短时间内,火源附近温度骤降,降温速率最高达到391℃/min。