大型液化天然气储气罐沉降分析.pdf

低温建筑技术
2012年第11期(总第173期)
大型液化天然气储气罐沉降分析
贺超,杨建江
天津大学建筑工程学院,天津300072
【摘要】随着我国天然气利用的不断增长,对大型液化天然气储气罐的研究显得越来越重要。本文介绍
了 Randolph和Worh提出的单桩及群桩基础沉降公式并结合 Ansys有限元分析软件对高承台大型液化天然气储
气罐进行沉降分析。 Ansys模型分析得出的沉降结果与已有工程经验有很好的吻合。
关键词)高承台基础;天然气储气罐;沉降; Ansys
中图分类号】TU433
【文献标识码】B
文章编号11001-6864(2012)11-0046-02
SETTLEMENT ANALYSIS ON LARGE LIQUEFIED NATURAL GAS STORAGE TANK
HE Chao, YANG Jian-jiang
(Department of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)
Abstract With the growing use of natural gas, the study of large-scale liquefied natural gas storag
tank is becoming increasingly impor ant. This paper introduces the formula of single pile and group pile
foundation settlement proposed by Randolph and Worth, and also analysis the settlement of the high cap
foundation of the large-scale liquefied natural gas storage tank with Ansys finite element analysis soft
ware. The sedimentation results educed rom Ansys model analysis are in good agreement with the exist-
Ing engineening experience.
Key words high cap foundation; liquefied natural gas storage tank; settlement; Ansys
天然气作为清洁而且十分高效的气体燃料,由于
其在环境影响、能源效率等方面的显著优点,成为了
r。=2.5Hp(1-u3)
21世纪促进经济发展的重要资源。我国是天然气使
式中,P为柱顶所受到的荷载;ω为桩顶沉降;,为
用量增长最快的国家,预计到2015年,我国天然气产群柱中单根桩的半径;H1为桩基的长度;C?a为在深度
量将保持20%的平均增长速度,天然气消费也将以年
在一半桩长处线弹性土体的剪切模量;C为桩端土体
均11%-13%的幅度增长。随着全球范围天然气
利用的不断增长和储罐建造技术的发展,液化天然气的剪切模量;u5为士体的泊松比;为桩基的弹性模量。
储罐大型化的趋势越发明显,单罐容量20×10m2储
表1为非均匀土体中单桩在桩端处的沉降。由这
罐的建造技术成熟,最大的地下储罐已达到2
些数据可看出,对于各向同性土或非均匀土而言,在
10m3容量。
土体刚度比较大时,根据公式(1)得到的单桩沉降具
1 Randolph和Wor山h提出的单桩及群桩基础计算有良好的精度。
公式
表1各向同性土中单桩的沉降(=0.4)mm
Randolph和Woth2给出了各向同性和非均匀土
体中计算单柱沉降的公式(1)
H,/
方法
10610430001000300
4、2 Tp H, tanh(AkH)
边界积分法67.865.761.35236.8
H
H1anh(AルH,)
半解析法686661.652.336
40式(2)-(7)6866
(2)
边界积分法112.7102.285.261.638
A =E/G
半解析法111.5101.684.960.435
式(2)-(7)1116100.883.6
ち入)力
贺超等:大型液化天然气储气罐沉降分析
相互作用因子是由 Poulos)引入的,用来表示
炳根桩之间的互相影响。 Randolph和 Worth在前人研
究的基础上得出了a的计算公式:
第二76根
第三ィ68根
rp H tanh( uhi
第四昭60
4
mph, tanh(UH,)
式中,。=ln(rっ/。)
其余符号意义同上。
研究证明对于高承台桩由于不用考虑承台承担
VBASAN PARTIAL FOUNDATION PLAN
的地基反力,而且单桩影响范围不大,所以在考虑群
桩效应时可以只考虑周围部分桩体对某一根桩的影
响
是第二根桩对第一根桩产生的附加沉降,其
图2桩位布图
中a21为一、二两根桩的互相影响因子,の1为第一根桩
的原始沉降值。则第一根桩的总沉降值可以表示为
表2
土体静力分析參数
Q1+2+
厚度重度压缩模量泊松内摩擦剪切模量
2工程实例介绍
土层/mkN?m-3/MPa
比角度/MPa
该液化天然气储罐为双层全容罐,由内罐和外罐
砂土4.9
30.310.5
组成,内罐是厚度不等的含9%i钢的低合金钢,外罐
粘土11.219
6.50.422.72.
则由钢筋混凝土承台、预应力钢筋混凝土罐壁和钢筋
全风化岩4.5
0.323.815,4
混凝土穹顶组成,储罐的外罐璧分别设有环向预应力
强风化岩14.220
0.323.826
筋和竖向预应力筋们,上部结构图见图1
82000
00
图1上部结构示意图
图3考虑桩土沉降的模型示意图
本模型中柱采用对称布置,中间桩位采用矩形布
按照JCJ94-2008《建筑桩基技术规范》]规定,
置,该处承台厚1.1m;外部4圈桩采用环形布置,承台沉降计算应使用荷载效应准永久组合来施加荷载。
厚1.4m;柱长30m,一共设有桩528根。桩布置详见图GB-500200《建筑结枃荷载规范(2006版)》?
2。表2为该工程地质情况。
第3.2.10规定对于准永久组合
3 Ansys有限元分析
图4为桩基础桩顶沉降分布图。由图可知沉降最
该模型只建上部结构及土面以上桩体,下部建立大出现在群柱基础的中心位置,为34.85mm;最小出
弹簧单元以代替桩土间效应,弹簧刚度可根据公式现在由外向内数的第三圈裢,为29.43mmo造成这样
(1)来确定,实际上公式(1)中的P/o就为弹簧刚度,结果的是柱顶荷载和承台刚度共同造成的。外面四
单桩的弹簧刚度为1.98x10N/m,考虑群柱效应后,圈圆形布桩的沉降在30m左右,比中间沉降小,这是
因为有部分桩的分布不均匀而且内外桩的沉降比因为虽然这部分柱的桩顶荷载较内部大62%左右,但
也不同,所以在此基础上乘以