大型石油儲罐浮頂強度及穩定性分析探討

黨小戈

（中國石油集團東北煉化工程有限公司， 遼寧 大連 116000）

1 簡述:

大型儲罐浮頂為全鋼結構，分單盤式與雙盤式。正常工作時，浮頂漂浮于液面，在導向管的限制下隨液面上下而動；檢修時，降于罐底，由支腿支撐。

2 設備結構簡圖

分析的大型儲罐浮頂為雙盤式，主要由浮頂頂板、浮頂底板、邊緣板、環向隔板、徑向隔板、中心筒節及加強桁架等組成。其中，浮頂直徑99.500m，頂板剖面為W 形，即向半徑23.750m 處找坡，坡度15‰，利于排水。

圖1 加強桁架結構示意圖

在徑向將浮頂分為8 份，從內向外分別為第一至第八環艙；且從第一到第八環艙，在環向又分別等分28、48、72、96、128、144、192、216 份。

3 建立應力分析模型

3.1 材料特性參數

1.1 模型Ⅰ

豎直方向上，液體對浮頂的浮力用面彈簧模擬。為保證浮頂模型的空間穩定性，在水平方向上，對模型施加一個固定鉸支座和一個滑動支座，并保證施加方向不會使模型成為瞬變結構。

1.2 模型Ⅱ

豎直方向上，支柱用固定鉸支座模擬。為保證浮頂模型的空間穩定性，在水平方向上，對模型施加一個固定鉸支座和一個滑動支座，并保證施加方向不會使模型成為瞬變結構。

圖2 模型Ⅰ

圖3 模型Ⅱ

1.3 邊界條件數據表

各工況的邊界條件，取數據如下：

工況號 模型 約束條件 荷載 分析工況 1 模型Ⅰ 面彈簧+水平面鉸支座和滑動支座 自重+轉動爬梯重+250mm降水量 靜力分析 2 模型Ⅰ 面彈簧+水平面鉸支座和滑動支座 自重+轉動爬梯重+第8 圈兩浮艙漏艙 靜力分析 3 模型Ⅰ 面彈簧+水平面鉸支座和滑動支座 自重+轉動爬梯重+第1 圈全浮艙及相鄰第2 圈漏艙 靜力分析 4 模型Ⅱ 支腿處為鉸支座 自重+轉動爬梯重+30mm水柱 靜力分析

4 分析計算及評估

4.1 應力計算

對于該模型，需考慮桿件單元的軸力，對于板單元，需考慮單元的最大正應力。

工況1：

圖4 桿件軸力分布圖

圖5 頂板板件最大正應力云圖

根據應力計算結果，分別對強度應力和穩定應力進行評定。L40x5 桿件需校核穩定和強度應力，L75x50x6 因其能保證桿件全長度范圍與板件共同作用，可滿足桿件的整體穩定。

工況2：

圖6 桿件軸力分布圖

圖7 頂板板件最大正應力云圖

根據應力計算結果對強度應力和穩定應力進行評定。L40x5 桿件需校核穩定和強度應力，L75x50x6 因其能保證桿件全長度范圍與板件共同作用，可滿足桿件的整體穩定，對于板單元構件，采用第三強度理論驗算其強度。角鋼和板件都滿足應力強度要求。

工況3：

圖8 桿件軸力分布圖

圖9 頂板板件最大正應力云圖

根據應力計算結果，L40x5 桿件需校核穩定和強度應力，L75x50x6 因其能保證桿件全長度范圍與板件共同作用，可滿足桿件的整體穩定。對于板單元構件，采用第三強度理論驗算其強度。角鋼和板件都滿足應力強度要求。最大位移134mm<870mm，滿足抗沉要求。

工況4：

圖10 桿件軸力分布圖

圖11 底板板件最大正應力云圖

根據應力計算結果，L40x5 桿件需校核穩定和強度應力，L75x50x6 因其能保證桿件全長度范圍與板件共同作用，可滿足桿件的整體穩定，對于板單元構件，采用第三強度理論驗算其強度。角鋼和板件都滿足應力強度要求。

5 分析評定

對各模型在不同工況下的桿件強度應力和穩定應力及板件在第三強度理論下的應力強度進行對比，即知，工況4 時，結構構件都不發生破壞，但在有支腿處，斜腹桿受力較大，接近失穩破壞。綜上所述，在漂浮于液面上，積水工況下，滿足規范規定的250mm 降水量的要求，根據漏艙的幾種工況，可知無桿件破壞，無板件破壞，桁架構件中，上、下弦桿受力較小，可適當減小斷面。