爆破对罐区储油罐及地下管道结构的影响分析

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随着我国经济的快速发展,石油储备需求也急剧增加,在原有储油罐区附近开展扩建工程、以及修筑辅助设施已成为当前能源储备建设的方向之一,但扩建工程的土石方爆破开挖势必会影响到既有储油罐及地下输油管道结构的安全与稳定,且这一动力扰动问题已成为当前的研究热点。本文采用ANSYA/LS-DYNA的隐式—显式顺序求解方法,结合流固耦合算法,研究了爆破荷载作用下大型储油罐以及不同管道结构的动力响应规律,得到如下结论:  (1)本文基于材料力学与结构动力学并结合组合圆柱壳理论的思想,从显式动力学分析理论及储油罐液固耦合系统的理论方面,介绍了储罐液固耦合系统运动微分方程;将罐区地下管道视为梁弯曲振动问题进行了分析,在输油管道横向与轴向振动方程的基础上建立了输油管道最大弯曲正应力的计算公式。  (2)在爆破振动下,由于爆破振动载荷特点和储油罐的结构特点,罐壁质点振速分布情况较复杂,因此罐壁顶部质点振速能在一些方面反映爆破振动对储油罐的影响程度,但不宜以局部质点振动速度考察储油罐的爆破振动安全性。  (3)总结了罐壁不同位置的质点振速与罐壁上动应力分布规律,爆破载荷对储油罐的影响主要集中在迎爆面下部,且罐壁迎爆面最薄弱部位的位置高度为3m左右,易发生象足屈服;罐底提离位移随罐内液面高度的升高呈线性增加。  (4)分析了不同频率爆破振动作用下满载储罐罐壁顶部与底部质点振速,结果表明在爆破振动主频范围内,载荷频率远大于储罐固有频率条件下,罐壁上质点振速随着爆破振动频率的降低呈减小趋势。本文工程实例的罐内液面最优高度为5m左右,分析结果为保障工程的安全提供了理论支持。  (5)通过对爆破荷载作用下不同管道结构的动力响应分析,发现在相同爆破条件下,直通管道在水平向和轴向的质点振动速度峰值远远大于相贯管道,且振动响应频率也高于相贯管道。但在竖直方向,相贯管道振速约为直通管道的2.08~2.65倍,无论是直通管道还是相贯管道,管道的垂直方向峰值振动速度呈现顶部最大、中部次之、底部最小的振动特征。
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