大型儲(chǔ)罐晃動(dòng)波高計(jì)算優(yōu)化

李政

摘要：通過對(duì)比相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的儲(chǔ)罐晃動(dòng)波高計(jì)算結(jié)果，分析計(jì)算過程中的主要影響因素及差異，對(duì)大型儲(chǔ)罐晃動(dòng)波高的計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：大型儲(chǔ)罐；晃動(dòng)波高；地震影響系數(shù)

【中圖分類號(hào)】TE972【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】2236-1879（2017）12-0287-02

1引言

隨著儲(chǔ)罐大型化的發(fā)展，如何合理降低儲(chǔ)罐投資成本顯得非常重要，其中晃動(dòng)波高是影響儲(chǔ)罐投資成本的重要因素之一[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐晃動(dòng)波高主要參照GB50341-2014[3]和GB50761-2012[4]計(jì)算。對(duì)于大型儲(chǔ)罐，按照不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范計(jì)算得到的晃動(dòng)波高可能相差較大，影響儲(chǔ)罐罐壁高度，進(jìn)而影響儲(chǔ)罐投資成本，因此選用合適的晃動(dòng)波高計(jì)算方法至關(guān)重要。

2晃動(dòng)波高計(jì)算結(jié)果對(duì)比

假定某地區(qū)地震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場(chǎng)地土類別為Ⅱ類，建造大型浮頂儲(chǔ)罐1×104m3，5×104m3和10×104m3。儲(chǔ)罐直徑和設(shè)計(jì)最高液位詳見表1。

按照GB50341-2014和GB50761-2012計(jì)算的儲(chǔ)罐晃動(dòng)波高詳見表2。

通過表2中的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，按照兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的晃動(dòng)波高相差較大，而且隨著儲(chǔ)罐規(guī)格的增大，差值也越來越大，罐壁板增加的重量也越來越大。

3計(jì)算過程分析

3.1GB50341-2014：

GB50341-2014附錄D規(guī)定水平地震作用下，罐內(nèi)液面晃動(dòng)波高計(jì)算公式為：

hv=1.5ηαR

式中：hv為液面晃動(dòng)波高（mm）；η為罐型系數(shù)，浮頂罐取0.85；α為地震影響系數(shù)，根據(jù)儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期Tw及地震影響系數(shù)最大值αmax按圖1中曲線確定；R為油罐內(nèi)半徑（m）。

儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期計(jì)算公式為：

Tw=KsD

式中：Tw為儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期（s）；Ks為晃動(dòng)周期系數(shù)，根據(jù)D/Hw由表3查取，中間值采用插入法計(jì)算；D為油罐內(nèi)徑（m）。

3.2GB50761-2012：

GB50761-2012第10章規(guī)定水平地震作用下罐內(nèi)液面晃動(dòng)波高計(jì)算公式為：

hv=1.5KvαR

式中：hv為罐內(nèi)液面晃動(dòng)波高（mm）；Kv為長(zhǎng)周期反應(yīng)譜調(diào)整系數(shù)；α為水平地震影響系數(shù)，儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期Tw及地震影響系數(shù)最大值αmax按圖1中曲線確定；R為油罐內(nèi)半徑（mm）。其中：Kv=0.018T2w-0.326Tw+1.697

儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期計(jì)算公式為：

Tw=2πD3680gcoth（3.68HwD）

式中：D為儲(chǔ)罐直徑（mm）；g為重力加速度，取9.81m/s2；coth為雙曲余切函數(shù)；Hw為設(shè)計(jì)最高液位。

3.3過程分析：

通過分析計(jì)算過程數(shù)據(jù)，兩標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)液晃動(dòng)波高計(jì)算公式的主要差異因素為儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期Tw和長(zhǎng)周期反應(yīng)譜調(diào)整系數(shù)Kv。

GB50341-2014中儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期計(jì)算公式是由Housner根據(jù)油罐底部固定的條件導(dǎo)出的近似解，晃動(dòng)周期系數(shù)Ks的計(jì)算公式為：

Ks=2π3.67gtanh（3.67D/Hw）

將其帶入儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期Tw計(jì)算公式可得：

Tw=2πD3.67gcoth（3.67HwD）

可見GB50341-2014的儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期計(jì)算公式與GB50761-2012的公式基本一致，所以引起晃動(dòng)波高差異的為長(zhǎng)周期反應(yīng)譜調(diào)整系數(shù)Kv。

長(zhǎng)周期反應(yīng)譜調(diào)整系數(shù)Kv的引入主要是為了調(diào)整反應(yīng)譜曲線長(zhǎng)周期段過于保守的問題。目前儲(chǔ)罐抗震計(jì)算相關(guān)規(guī)范的地震反應(yīng)譜曲線都是參照GB50011-2010[5]的曲線制定的，GB50011-2010的地震反應(yīng)譜曲線如圖2。

通過對(duì)比圖1和圖2可見，GB50011-2010的地震影響系數(shù)曲線僅適用于基本周期小于6s的情況，對(duì)于基本周期超過6s的結(jié)構(gòu)，所采用的反應(yīng)譜曲線應(yīng)專門研究[5]。而且GB50011-2010的反應(yīng)譜曲線在長(zhǎng)周期段人為抬升了，其主要目的是針對(duì)對(duì)高層建筑抗震設(shè)計(jì)的安全性[6]，因此，長(zhǎng)周期段的曲線是相對(duì)較為保守的[7]，同時(shí)GB50341-2014將反應(yīng)譜曲線的長(zhǎng)周期斜線段延伸至15s，導(dǎo)致長(zhǎng)周期段的反應(yīng)譜曲線更加保守。大型儲(chǔ)罐的儲(chǔ)液晃動(dòng)周期多數(shù)大于6s，直接采用地震影響系數(shù)曲線的值進(jìn)行計(jì)算會(huì)造成儲(chǔ)罐罐壁設(shè)計(jì)過高，鋼材浪費(fèi)的后果，所以大型儲(chǔ)罐儲(chǔ)液晃動(dòng)波高的計(jì)算應(yīng)引入長(zhǎng)周期反應(yīng)譜調(diào)整系數(shù)Kv進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4結(jié)論

綜上所述，儲(chǔ)罐晃動(dòng)波高計(jì)算的準(zhǔn)確性將直接影響儲(chǔ)罐的投資成本，選用GB50761-2012中引入長(zhǎng)周期反應(yīng)譜調(diào)整系數(shù)Kv的優(yōu)化計(jì)算方法進(jìn)行儲(chǔ)液晃動(dòng)波高計(jì)算是較為合理和經(jīng)濟(jì)的。

參考文獻(xiàn)

[1]崔利富.大型LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)隔震與晃動(dòng)控制研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2012.

[2]李文剛，金云姬，高銳.水平地震：激勵(lì)下儲(chǔ)罐液體晃動(dòng)分析[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2007，14（4）：138-142.