某大型LNG储罐预应力施工模拟分析.pdf

[摘要]储罐外罐是确保LG储罐安全的关键设施，预应力筋施工过程是建立结构受力体系的重要环节，研究其建立过程对LNG储罐具有重要意义。以某大型LNG储罐为背景，选用大型通用有限元软件ANSYS建立有限元实体模型，分析了LNG储罐在预应力筋施工过程中罐体的变形、应力状态以及预应力筋应力状态，验证了LG储罐罐体在预应力施工过程中受力性能良好并在控制范围内。[关键词]LNG储罐；预应力；施工技术；有限元分析

内容摘抄：

1储罐结构参数
该LG储罐外罐剖面如图1所示，承台底板位于-1.200~±0.000m,半径0~36.8m范围内厚度为0.9m,半径37.7~43.7m范围内厚度为1.2m,半径36.8~37.7m范围内的厚度为线性过渡段。±0.000以上区域为外罐主体部分，筒体内侧半径为41m,壁厚为0.8m,储罐穹顶球半径为82m,厚度为0.4m,外罐混凝土强度等级为C50。该LNG储罐的4个扶壁柱的环向角度分别为45°，135°，225°，315°

预应力筋系统由环向预应力筋和竖向预应力筋构成（见图2），其中竖向预应力筋96根，大致均匀分布于半径为41.4m的圆周上；环向预应力筋103根，包络角为180°，同一高度围成一圈的2根环向预应力筋分为A筋和B筋，承台底板环向预应力筋8根，半径为43.325m,筒身环向预应力筋95根，半径为41.545m,1.696~7.083m标高范围内环向预应力筋间距约为0.2m,随着高度增加，其间距增至0.6m左右，环梁区域的环向预应力筋间距为0.2m。环向预应力筋的控制应力为0.80fk,竖向预应力筋的控制应力为0.75∫k,其中，fk为预应力筋强度标准值。

2有限元模型
2.1预应力模拟和施加方法
预应力筋单元选用ANSYS中Link8单元，预应力模拟方法选用降温法，描述预应力筋不同位置的应力分布，模拟预应力筋的应力损失。预应力施加方法选用约束方程法[6]，可通过CEINTF命令在混凝土节点和预应力筋节点之间建立约束方程，该方法对混凝土网格密度要求不高，计算效率较高，受力状态比较符合实际情况。ANSYS命令NROTAT将处于筒身和承台底板区域的预应力筋节点转换到柱坐标系下，不建立沿着预应力筋方向约束方程，可真实地模拟预应力筋受力状态。
2.2混凝土
该LNG储罐混凝土有限元模型选用Solid5单元整体式配筋]，通过命令EMODIF将承台底板和筒身混凝土单元坐标系转换为柱坐标系，将穹顶混凝土单元坐标系转换为球坐标系，对单元坐标系3个方向的含筋情况分别按照实际配筋率进行定义。为准确模拟混凝土与预应力筋间相互作用，并防止出现约束方程过约束情况，严格控制混凝土网格划分，罐体径向划分为4份，依据竖向预应力筋的数目，环向划分为180份，竖向网格尺寸控制与网格之间至多1束环向预应力筋。

3预应力筋施工方案
该LG储罐首先浇筑承台底板和筒身混凝土，在环梁区域混凝土浇筑完后，开始张拉承台底板预应力筋，之后，简身预应力筋张拉与穹顶混凝土浇筑交互进行。
具体施工方案如表1所示。表1中，Ct为混凝土施工；Td为预应力筋施工；Rb为扶壁柱；ph-i为第i预应力筋施工阶段第j分阶段(i,j=1,2,…);vTd为竖向预应力筋：hhTd为环向预应力筋：SbTd为承台底板处环向预应力筋：Dm-i为第i穹顶混凝土施工阶段(i=1,2,…)。穹顶混凝土各浇筑段如图3所示，环梁附近区域I中环向预应力筋沿高度分布如图4所示，方括号前数字为预应力筋编号，方括号内数字为预应力筋施工阶段。

4预应力筋施工时罐体受力性能
4.1预应力筋应力分析
4.1.1承台底板环向预应力筋承台底板区域环向预应力筋控制应力为1488MPa,承合底板径向刚度较大，承台底板环向预应力筋应力平均值为1486MPa,预应力损失仅为0.13%,可以看出，径向刚度决定环向预应力筋的应力损失。
4.1.2筒身竖向预应力筋
各施工阶段竖向预应力筋应力值如图5所示，竖向预应力筋应力最小（最大、平均）值为该预应力筋施工阶段所有激活的竖向预应力筋应力最小（最大、平均)值。所有激活的竖向预应力筋应力值变化幅度较小，竖向预应力筋应力值比较稳定。ph-5和p-8张拉筒身绝大部分环向预应力筋，引起筒身混凝土竖向位移增大，而竖向预应力筋限制其竖向位移，竖向预应力筋被超张拉。预应力筋张拉完毕后竖向预应力筋应力平均值为1400Pa,其中竖向预应力筋应力最大值为1403MPa,位于扶壁柱附近区域，超张拉0.57%，最小值为1396MPa.

（略）

投稿会员：巧克力布丁