《油罐讲义》PPT课件.ppt
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1、北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY油油 罐罐 及及 管管 道道 强强 度度 设设 计计 Strength Design Of Oil Tanks and Pipes 北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY教学内容教学内容第八章第八章 立式钢油罐的抗震设计立式钢油罐的抗震设计8-1 工程抗震工程抗震 8-2 地震对油罐的破坏地震对油罐的破坏8-3 油罐的抗震设计油罐的抗震设计8-5 油罐抗震加固的措
2、施油罐抗震加固的措施北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY教学目标教学目标了解地震的一般概念,理解工程抗震设计了解地震的一般概念,理解工程抗震设计的方法;的方法;了解地震对油罐及其附属设施造成的破坏了解地震对油罐及其附属设施造成的破坏情况;情况;熟悉各国对油罐所采取的抗震设计方法;熟悉各国对油罐所采取的抗震设计方法;理解针对未建成油罐或检修贮罐及正在运理解针对未建成油罐或检修贮罐及正在运行油罐所采取的油罐抗震加固措施。行油罐所采取的油罐抗震加固措施。北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院B
3、EIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY8-1 工程抗震工程抗震一、有关地震的概念一、有关地震的概念1、衡量地震强度的尺度:、衡量地震强度的尺度:a、震级震级:在一次地震中地壳所释放出的能量。:在一次地震中地壳所释放出的能量。释放出的能量越多,震级越大。释放出的能量越多,震级越大。b、地震烈度地震烈度:指地震对某一地区影响的强烈:指地震对某一地区影响的强烈程度。程度。北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2、烈度的影响因素:、烈度的影响因素:烈度与震
4、级、震源深度、震中距、土壤情况烈度与震级、震源深度、震中距、土壤情况等因素有关。等因素有关。3、震级与烈度的区别:、震级与烈度的区别:一次地震只有一个震级,而烈度无数,不同地一次地震只有一个震级,而烈度无数,不同地区,烈度各异;随着震中距的加大,烈度逐渐区,烈度各异;随着震中距的加大,烈度逐渐降低;同样的震中距由于各地区的地质构造、降低;同样的震中距由于各地区的地质构造、土质条件、地下水的情况等不同,烈度也不同。土质条件、地下水的情况等不同,烈度也不同。一、有关地震的概念一、有关地震的概念北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEM
5、ICAL TECHNOLOGY一、有关地震的概念一、有关地震的概念4、地震烈度的破坏力:、地震烈度的破坏力:一般地,地震烈度在七度以下破坏性小,一般地,地震烈度在七度以下破坏性小,可不采取抗震的加固措施;七、八、九度要可不采取抗震的加固措施;七、八、九度要设防;九度以上的地区不宜建设包括油罐之设防;九度以上的地区不宜建设包括油罐之类的工业设施。类的工业设施。北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY5、地震释放能量的形式:、地震释放能量的形式:地震时,从震源释放出的能量以波的形地震时,从震源释放出的能
6、量以波的形式向各个方向传播出去,称之为地震波。式向各个方向传播出去,称之为地震波。a、纵波(、纵波(Primary):上下振动,能在固体和):上下振动,能在固体和液体内传播;其振动周期短、振幅小、传播液体内传播;其振动周期短、振幅小、传播距离较近。距离较近。b、横波(、横波(Secondary):水平晃动,只能在固):水平晃动,只能在固体内传播;其振动周期长、振幅大、传播距体内传播;其振动周期长、振幅大、传播距离较远。离较远。一、有关地震的概念一、有关地震的概念北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOG
7、Y6、工程抗震设计的设计载荷、工程抗震设计的设计载荷横波横波 a、横波传递了大部分的地震能量,当横波到、横波传递了大部分的地震能量,当横波到达时,地面震动最猛烈,破坏作用也最大;达时,地面震动最猛烈,破坏作用也最大;b、一般来说建筑物或构筑物大部根据垂直载、一般来说建筑物或构筑物大部根据垂直载荷进行设计的,因而垂直载荷的增加对其影荷进行设计的,因而垂直载荷的增加对其影响不大,但它们抵抗侧向力的能力很差,所响不大,但它们抵抗侧向力的能力很差,所以在水平地震载荷作用下易于造成破坏。以在水平地震载荷作用下易于造成破坏。一、有关地震的概念一、有关地震的概念北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院
8、BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY8-1 工程抗震工程抗震二、工程抗震设计方法二、工程抗震设计方法1、静力法:、静力法:假设物体上各点的加速度与地面加速度假设物体上各点的加速度与地面加速度完全一样。然后用牛顿第二定律即可求出地完全一样。然后用牛顿第二定律即可求出地震载荷。震载荷。该法仅适用于固接在地面上的刚体,如低矮该法仅适用于固接在地面上的刚体,如低矮的砖石房屋和设备基础。的砖石房屋和设备基础。北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY二、工程
9、抗震设计方法二、工程抗震设计方法2、动力法:、动力法:从研究结构的振型、振动周期、阻尼等从研究结构的振型、振动周期、阻尼等动力特性出发,进一步研究结构对地震的反动力特性出发,进一步研究结构对地震的反应,从而进行计算和校核。应,从而进行计算和校核。8-1 工程抗震工程抗震北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY8-2 地震对油罐的破坏地震对油罐的破坏一、贮罐本身(底、顶、壁)的震害一、贮罐本身(底、顶、壁)的震害1、浮顶下沉:、浮顶下沉:由于浮顶罐内液体的晃动,引起浮顶下沉,由于浮顶罐内液体的晃动,引
10、起浮顶下沉,罐底有可能被浮顶立柱撞破。罐底有可能被浮顶立柱撞破。2、焊缝破裂:、焊缝破裂:可能是由于水平地震载荷、罐内液柱压力和可能是由于水平地震载荷、罐内液柱压力和基础不均匀沉降等因素共同作用的结果。基础不均匀沉降等因素共同作用的结果。北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY一、贮罐本身(底、顶、壁)的震害一、贮罐本身(底、顶、壁)的震害3、罐壁下部屈曲:、罐壁下部屈曲:可能是由于地震时在垂直地震载荷(主可能是由于地震时在垂直地震载荷(主要的)和水平地震载荷(次要的)的作用下要的)和水平地震载荷(
11、次要的)的作用下对罐壁产生弯矩,此弯曲应力达到临界应力对罐壁产生弯矩,此弯曲应力达到临界应力值而引起罐壁屈曲,再加上液柱压力把罐壁值而引起罐壁屈曲,再加上液柱压力把罐壁向外挤,从而使下曲罐壁向外膨曲。向外挤,从而使下曲罐壁向外膨曲。北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY4、罐壁上部屈曲:、罐壁上部屈曲:上部壁发生屈曲,且向内凹。这可能是上部壁发生屈曲,且向内凹。这
12、可能是由于贮罐下部破裂时,油品迅速外流而造成由于贮罐下部破裂时,油品迅速外流而造成局部真空,这是外压失稳的现象,仅发生于局部真空,这是外压失稳的现象,仅发生于固定顶罐。固定顶罐。5、罐顶下凹:、罐顶下凹:拱顶全部下凹成碗状,原因是罐内真空拱顶全部下凹成碗状,原因是罐内真空造成的外压失稳。造成的外压失稳。一、贮罐本身(底、顶、壁)的震害一、贮罐本身(底、顶、壁)的震害北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY6、罐壁上部撞坏:、罐壁上部撞坏:由于浮顶过度晃动,导向杆失效,以致由于浮顶过度晃动,导向杆失效
13、,以致浮顶失控而撞碰罐壁上部。此震害最可怕的浮顶失控而撞碰罐壁上部。此震害最可怕的是可能触发火花,并引起火灾。是可能触发火花,并引起火灾。一、贮罐本身(底、顶、壁)的震害一、贮罐本身(底、顶、壁)的震害北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY8-2 地震对油罐的破坏地震对油罐的破坏二、液面晃动对贮罐的震害二、液面晃动对贮罐的震害 晃动造成的液面高度变化对罐壁产生的晃
14、动造成的液面高度变化对罐壁产生的动液压(所谓振动压)一般不大,但在固定动液压(所谓振动压)一般不大,但在固定顶罐中若液面较高,会对固定顶产生一冲击顶罐中若液面较高,会对固定顶产生一冲击压力,有可能破坏顶和壁的连接焊缝(弱构)。压力,有可能破坏顶和壁的连接焊缝(弱构)。北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY三、贮罐附属设备的震害三、贮罐附属设备的震害 1、浮顶罐转动浮梯发生弯曲塌落,两根扶手、浮顶罐转动浮梯发生弯曲塌落,两根扶手的中部均向外弯成葫芦状,这可能是由于浮的中部均向外弯成葫芦状,这可能是由
15、于浮梯扶手的刚度不够而致。梯扶手的刚度不够而致。2、浮顶导向杆失效,因此浮顶可能发生转动,、浮顶导向杆失效,因此浮顶可能发生转动,与罐壁相撞,引起顶下沉,并破坏罐底。与罐壁相撞,引起顶下沉,并破坏罐底。8-2 地震对油罐的破坏地震对油罐的破坏北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY三、贮罐附属设备的震害三、贮罐附属设备的震害 3、管线和接地装置等被拉破或拉断,这可能、管线和接地装置等被拉破或拉断,这可能是由于罐和基础间发生过大的相对位移(水是由于罐和基础间发生过大的相对位移(水平或垂直位移)而致。垂
16、直位移可能是由于平或垂直位移)而致。垂直位移可能是由于底周边被垂直震荷掀起的结果。底周边被垂直震荷掀起的结果。8-2 地震对油罐的破坏地震对油罐的破坏北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY四、基础和防火堤发生破坏四、基础和防火堤发生破坏 1、靠近罐壁下面的基础发生均匀或不均匀沉、靠近罐壁下面的基础发生均匀或不均匀沉降,一般发生在场地土较差的场合。降,一般发生在场地土较差的场合。2、基础和环梁被冲豁,这是油罐破坏时油品、基础和环梁被冲豁,这是油罐破坏时油品外流而造成的结果。外流而造成的结果。3、防火
17、堤(挡液堤)被冲豁。、防火堤(挡液堤)被冲豁。8-2 地震对油罐的破坏地震对油罐的破坏北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY五、次生灾害五、次生灾害 由于地震造成贮液越过罐区的挡液堤,由于地震造成贮液越过罐区的挡液堤,漫延到装置区和厂内道路,着火后形成一片漫延到装置区和厂内道路,着火后形成一片火海。显然,这种灾害更严重。火海。显然,这种灾害更严重。8-2 地震对油罐的破坏地震对油罐的破坏北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICA
18、L TECHNOLOGY8-3 油罐的抗震设计油罐的抗震设计一、美国一、美国API650储罐的抗震验算方法储罐的抗震验算方法基本思想:考虑储罐及其储液的反应方式:一基本思想:考虑储罐及其储液的反应方式:一是产生脉动力,即罐壳、罐顶及与其共同运动是产生脉动力,即罐壳、罐顶及与其共同运动的一部分储液在地震时产生的冲击载荷;二是的一部分储液在地震时产生的冲击载荷;二是产生对流力,即地震波中的长周期成分与储液产生对流力,即地震波中的长周期成分与储液产生共振而引起的晃动载荷。产生共振而引起的晃动载荷。北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHE
19、MICAL TECHNOLOGY一、美国一、美国API650储罐的抗震验算方法储罐的抗震验算方法设计内容:设计内容:确定与每一振型有关的,产生流动力的质确定与每一振型有关的,产生流动力的质量,并确定由于这些质量对水平地面运动的量,并确定由于这些质量对水平地面运动的反应作用于罐壁上的侧力和倾覆力矩;反应作用于罐壁上的侧力和倾覆力矩;保证罐壁抗倾覆力矩的能力和防止由于轴保证罐壁抗倾覆力矩的能力和防止由于轴向压缩引起的罐壁皱曲(指罐壁失稳);向压缩引起的罐壁皱曲(指罐壁失稳);北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECH
20、NOLOGY设计内容(续):设计内容(续):计算储液的晃动波高度,设计罐顶支柱以计算储液的晃动波高度,设计罐顶支柱以抵抗储液的晃动力以及由于地震而引起的罐抵抗储液的晃动力以及由于地震而引起的罐壁环向应力的增量。壁环向应力的增量。一、美国一、美国API650储罐的抗震验算方法储罐的抗震验算方法北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY1、地震载荷在罐底的倾覆力矩、地震载荷在罐底的倾覆力矩M式中:式中:M倾覆力矩,倾覆力矩,lb-ft;Z地区系数(查地区系数(查P169表表8-6),与地震烈度和罐,与地震
21、烈度和罐所处的地区有关;所处的地区有关;I重要性系数,一般取重要性系数,一般取I1,当罐破坏后会引起,当罐破坏后会引起严重后果时,可取严重后果时,可取I大于大于1,但不超过,但不超过1.5;一、美国一、美国API650储罐的抗震验算方法储罐的抗震验算方法北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY1、地震载荷在罐底的倾覆力矩、地震载荷在罐底的倾覆力矩M式中(续):式中(续):C1,C2侧向地震力系数;侧向地震力系数;Ws罐壁总重,罐壁总重,lb;Xs由罐壁的重心至罐底的距离,由罐壁的重心至罐底的距离,f
22、t;Wr罐顶总重(固定顶或浮顶)加上可能产生罐顶总重(固定顶或浮顶)加上可能产生的雪载,的雪载,lb;Ht罐壁总高,罐壁总高,ft;北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY式中(续):式中(续):x1由罐顶至由罐顶至W1重心的距离,重心的距离,ft;W1与罐壳共同运动的那部分储液的有效重量,与罐壳共同运动的那部分储液的有效重量,lb;x2由罐底至由罐底至W2重心的距离,重心的距离,ft;W2一次振型晃动储液的有效重量,一次振型晃动储液的有效重量,lb。1、地震载荷在罐底的倾覆力矩、地震载荷在罐底的倾
23、覆力矩M北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY(1)计算储液总重)计算储液总重WT。(2)计算侧向地震力系数)计算侧向地震力系数C1,C2,二者均为,二者均为美国地震烈度最大地区在地震时,冲击质量美国地震烈度最大地区在地震时,冲击质量和晃动质量的水平加速度和重力加速度和晃动质量的水平加速度和重力加速度g之比。之比。C10.24 C2(与场地土及储液(与场地土及储液的固有周期有关)的固有周期有关)T4.5sT4.5s1、地震载荷在罐底的倾覆力矩、地震载荷在罐底的倾覆力矩M北北 京京 石石 油油 化化
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