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设计计算

大型石油储罐的风载荷响应分析

宫建国，刘迎圆，蒋力，曾胜，金涛
（浙江大学化工机械研究所，浙江杭州３１００２７）

摘要：主要研究了大型石油储罐在风载荷作用下的响应。首先，介绍了风载荷分析时用到的风压
模型，并建立了储罐的有限元模型；然后，对储罐进行了模态分析；最后，分别计算了储罐在静态风
压和动态风压模型下的响应。结果表明：储罐的模态呈多波分布，该振动为储罐周向振动和竖向振
动的叠加。在静态风压模型下，储罐的最大位移发生在靠近储罐罐顶的罐壁某处；最大应力发生在
罐壁与地板的连接处。在动态风压模型下，动态响应的峰值（如位移和应力峰值）延迟于风载荷峰
值的出现。
关键词：储罐；风载荷；模态分析；动态响应
中图分类号：４９；９７２；２４文献标识码：文章编号：１００１－４８３７（２０１３）０５－００３４－０５
ＴＨＴＥＴＢＡ
：１０．３９６９／．．１００１－４８３７．２０１３．０５．００７
ｄｏｉｊｉｓｓｎ

ResponseofLargeScaleOilStorageTanksSubjectedtoWindLoad

GONGJian－guo，LIUYing－yuan，JIANGLi，ZENGSheng，JINTao
（，，３１００２７，）
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｏｃｅｓｓＥｑｕｉｐｍｅｎｔＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＨａｎｇｚｈｏｕＣｈｉｎａ

Abstract：．
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，．，-
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．，
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（．．）．
ｔｉｍｅｄｅｌａｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｅａｋｒｅｓｐｏｎｓｅｅｇｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｌｏａｄ
Keywords：；；；
ｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｗｉｎｄｌｏａｄｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ

３［２－３］
石油储罐的最大容量已达１５万。
ｍ
０引言随着储罐容积的不断增大，其径厚比也不断
３［４］
增大。以５万储罐为例，其径厚比（r／t）为
ｍ３
储罐作为油品和各种液体化学品的储存设９３８，而文中１０万储罐的径厚比（r／t）已达
ｍ
备，是石油化工装置和储运系统的重要组成部分，１２５０，属于典型的薄壳容器。在风载荷作用下，罐
［１－２］
应用非常广泛。随着经济的快速发展，储罐体易发生较大的变形，如果变形达到某一极限时，
的数量和容量都迅速增加。目前，国内已建成的将影响浮顶的正常工作。若储罐储存液体时，储

·３４·
第３０卷第５期压力容器总第２４６期

液的存在会增强储罐对风载荷的抵抗作用。因１．２动态风压模型
此，空罐状况下，是储罐较为危险的状态，故有必分析储罐的动力特性时，取阶跃函数作为风
要对空罐在风载荷作用下的响应进行分析。压幅值随时间变化的形式，如图２所示。可以看
３
以舟山某１０万储罐为例，首先介绍了风出，当t＝０时，风压为０；当t＝０．０５时，风压骤
ｍｓ
载荷分析时用到的静态风压和动态风压模型，然增到稳定时的风压；当０．０５＜t＜６时，风压保
ｓｓ
后建立储罐的有限元模型，再计算该罐的模态，最持不变。对储罐进行时程分析，时间为６。
ｓ
后分别计算了储罐在静态风压和动态风压下的响
应。

１风压模型

１．１静态风压模型
风压沿储罐高度方向和圆周方向的分布是变
化的，但为简化起见，忽略风压沿高度方向的变
［５］
化，即认为风压沿储罐高度方