[發明專利]一種大型LNG儲罐浮頂力學校核方法

有效

• 申請號: 201410704816.2
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104462678B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 揚帆;張超;屈長龍;李牧;彭延建;段品佳
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油集團有限公司;中海石油氣電集團有限責任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧

1.一種大型LNG儲罐浮頂力學校核方法，包括以下步驟：

1)確定浮頂板所承受的基本荷載，基本荷載包括固定荷載和溫度荷載：

①確定浮頂板所承受的固定荷載：

浮頂板邊緣最外圈加強環即第N道加強環處固定總荷載q′為原有的固定荷載q加上背部膨脹珍珠巖粉末的側壓力ρgL_N，即q′＝q+ρgL_N；其中ρ為膨脹珍珠巖粉末密度，g為重力加速度，L_N為第N圈吊桿的長度；

②確定浮頂板所承受的溫度荷載：

溫度荷載表現為浮頂板在低溫下的徑向收縮位移，從環境溫度降到工作溫度引起的徑向收縮位移量為：其中α為溫度變化范圍內浮頂板的平均線性膨脹系數，R_n為第n圈加強環到浮頂板中心軸線的距離，△T為環境溫度與工作溫度間的溫差；

2)通過建立力學控制方程，分別計算每一道加強環和每一跨浮頂板的徑向位移，具體計算過程為：

浮頂板從中心徑向朝邊緣方向共由N圈同心圓組成，每一圈同心圓對應一圈加強環；浮頂板中間部位為第1圈，其輪廓假定為球面的一部分，其余圈視為圓環面的一部分；浮頂板在固定荷載作用下“下垂”，此時：

①浮頂板中心圈在荷載作用下浮頂板下垂呈球面輪廓，其中：

切向應力豎直分量為：

切向應力為：

第1圈加強環的曲率半徑為：

傾角為：

由受力引起的端點徑向位移為：δ₁＝Rc₁·(θ₁-sinθ₁) (5)

由溫度荷載引起的徑向收縮位移量與固定荷載引起的徑向收縮位移量δ₁疊加后，即為浮頂板的最終徑向收縮位移量δ'₁：

式中：t為浮頂板的厚度；R₁為第一圈加強環到浮頂板中心軸線的距離；H₁為切向應力T₁的水平分量；

②第2圈→第N圈，荷載作用下浮頂板下垂呈圓環面輪廓，其中：

切向應力：

對第n圈浮頂板，平均半徑：

圈外側切向應力：

圈內側切向應力：

圈外側與圈內側切向應力之比：

圈外側切向應力豎直分量：Vo_n＝γ_n·Vi_n (12)

豎向載荷：

圈內側切向應力豎直分量：

設圈內側切向應力水平分量為Hi_n，則圈外側切向應力水平分量為：

Ho_n＝γ_n·Hi_n (15)

傾角：

圈內側切向應力：

第n圈加強環的曲率半徑：

徑向位移：δ_n＝2·Rc_n·(θ_n-sinθ_n) (19)

考慮溫度荷載后的最終徑向位移：

式中：a為兩加強環間中點半徑；b為第n圈加強環的曲率半徑，即Rc_n；r為相應圈外/內側加強環到浮頂板中心軸線的距離；

3)通過建立力學控制方程，求解加強環最終的徑向位移量：

加強環處橫截面積為水平載荷為

徑向位移為：

考慮低溫荷載后的最終徑向位移：

a)加強環上的等效載荷：

對第1～(N-1)圈/道加強環：

對第N道加強環：

b)加強環位移：

對第N道加強環，為初始估值；

對第1～(N-1)道加強環：

考慮低溫荷載后，上式方程左邊方程式右邊代入(25)式中，消項得：

式中：E為鋁板材料彈性模量；

4)迭代求解：

①估計第N道加強環的徑向位移其初值應使加強環所承受的環向應力約為鋁板設計許用應力[σ]內任意初值；

②由式(21)計算能夠使第N道加強環產生徑向位移的水平載荷由式(24)計算第N跨外側的載荷水平分量Ho_n，即：

③由式(11)和式(15)計算第N跨內側的載荷水平分量Hi_n，由式(14)計算第N跨內側的載荷豎直分量Vi_n，從而由式(2)計算第N跨切向應力Ti_n，由式(16)計算第N跨傾角θ_n，由式(18)計算第N跨曲率半徑Rc_n，由式(19)和式(20)分別計算第N跨的徑向位移δ_n和δ_n'，即：

④由式(25)和式(26)分別計算第(N-1)道加強環的徑向位移和如果為負值，返回第①步調整位移初值，即：

⑤由式(21)計算能夠使第(N-1)道加強環產生徑向位移的水平載荷由式(23)計算第(N-1)跨外側的載荷水平分量Ho_n-1，即：

⑥由式(11)和式(15)計算第(N-1)跨內側的載荷水平分量Hi_n-1，由式(14)計算第(N-1)跨內側的載荷豎直分量Vi_n-1，從而由式(2)計算第(N-1)跨切向應力Ti_n-1，由式(16)計算第(N-1)跨傾角θ_n-1，由式(18)計算第(N-1)跨曲率半徑Rc_n-1，由式(19)和式(20)分別計算第(N-1)跨的徑向位移δ_n-1和δ'_n-1，即：

⑦重復步驟4)的步驟④、⑤、⑥，計算第(N-2)、……、3、2道加強環的徑向位移和以及第(N-2)、……、3、2跨的徑向位移δ_n-2、……、δ₃、δ₂和δ'_n-2、……、δ'₃、δ'₂；

⑧由式(25)和式(26)計算第1道加強環的徑向位移和如果為負值，返回第①步調整位移初值；

⑨由式(21)計算能夠使第1道加強環產生徑向位移的水平載荷由式(23)計算第1跨外側的載荷水平分量Ho₁＝H₁；

⑩由式(1)計算第1跨的載荷豎直分量V₁，由式(2)計算第1跨切向應力T₁，由式(4)計算第1跨傾角θ₁，由式(3)計算第1跨曲率半徑Rc₁，由式(5)和式(6)分別計算第1跨的徑向位移δ₁和δ'₁；

比較第1道加強環的徑向位移和第1跨浮頂板的徑向位移δ'₁：

迭代計算收斂后，若切向應力滿足設計規范要求，而徑向位移不滿足設計規范要求，則設計浮頂結構不合格，此時逐步增加所述加強環數量N，然后重新進行迭代求解；迭代計算收斂后，若徑向位移滿足設計規范要求，而切向應力不滿足設計規范要求，則設計浮頂結構不合格，此時逐步增加所述浮頂板厚度t，然后重新進行迭代求解；迭代計算收斂后，若切向應力和徑向位移均不滿足設計規范要求，則設計浮頂結構不合格，此時同時逐步增加所述加強環數量N和所述浮頂板厚度t，然后重新進行迭代求解。

2.如權利要求1所述的一種大型LNG儲罐浮頂力學校核方法，其特征在于：所述步驟4)中，迭代計算收斂后，記錄求解過程中每一跨的切向應力T_n,每一跨的徑向位移δ_n和δ'_n；各跨應力小于許用應力[σ]而且徑向位移δ_n小于設計規范要求，則設計所述浮頂結構合格。