全容式LNG储罐在飞行物冲击作用下的局部效应验算.pdf

石b程衰设
2013年8月
全容式LNG储罐在飞行物冲击作用下的
局部效应验算
李金光,郑华,李航,宋延起
(中国寰球工程公司,北京100012)
摘要:通过对现有混凝土构件受飞行物冲击作用的研究成果的分析,归纳并总结了全容式LNG
储罐混凝士外罐受飞行物冲击作用的局部验算方法与要点。以某16万m3LNG储罐为例,进行了
冲击效应的详细计算,计算结果表明,在质量为110kg、等效直径为03m、冲击初始速度为45m/s
的飞行物作用下,该混凝土外罐的截面厚度取值能够承受飞行物的冲击作用。
关键词:全容式LNG储罐;飞行物;冲击;局部效应
doi:10.3969/issn.1001-2206.2013.,04.008
0引言
混凝土
NG接收站项目在国内的建设已进入高峰时
期,已建成投产的项目有5个,在建和拟建的项目
K行物
钢筋
也有5个左右,这些项日的储罐型式几乎全部为全
容式LNG储罐叫。由于UNG是易燃易爆的危险物
质,且全容式LNG储罐的体积庞大,一旦发生破
坏,引起的灾害将是巨大的,因此,混凝土外罐的
侵彻和爆裂破坏
痂斑破坏
个主要功能是保护储罐内部免遭外部灾难事件的
破坏。参考文献「2-4]规定储罐设计时应考虑飞
行物对储罐的撞击作用,混凝土外罐应能承受外部
爆炸引起的飞行物对储罐的撞击。显然,飞行物对
外罐的冲击作用计算是外罐设计工作中的一项重
要内容,但是除了参考文献[2]提出的“用质量
为50kg、飞行速度为45ms的网门进行冲击计
穿透破坏
冲切破坏
算”这一建议性的条款外,各国[NC设计规范对
图1飞行物冲击作用下的局部效应示意
如何计算这个冲击作用还缺乏明确的可操作的指导
条款。
部,但没有刺穿混凝土构件,通常以贯入构件的深
本文在现有的混凝士构件抗冲击作用研究成果度x来表示。
的基础上,对LNG储罐混凝土外罐在飞行物冲击
(2)穿透破坏:飞行物完全刺穿混凝土构件,
作用下的局部效应验算方法进行了归纳总结,并以刺穿时,速度可为零,也可不为零。
16万m3储罐为例,进行了详细计算
(3)痂斑破坏:飞行物撞击混凝土构件时,撞
飞行物冲击作用的局部效应分析
击面背面的混凝土被弹射出来,但构件没被刺穿。
刚性飞行物对混凝土构件的冲击作用可能引起
(4)爆裂破坏:飞行物撞击混凝土构件时,撞
下列五种局部效应,如图1所示。
击面的混凝土被弹射出来,但构件没被刺穿。
(1)侵彻破坏:飞行物钻人混凝土构件的内
(5)冲切破坏:飞行物撞击混凝土构件时,冲
第39卷第4期
李金光等:全容式LNC储罐在飞行物冲击作用下的局部效应验算
击区域附近发生剪切破坏,属于穿透的一种类型。
对于混凝土外罐的设计来讲,侵彻破坏和燥x=0.23V4KNM100a
(当≤2)(3
裂破坏不会破坏储罐内部的设备和环境,是可接
受的破坏形式。穿透破坏和沖切破坏会刺穿外鰰x=0.053KNM
1000x」+d(当多>2)(4)
混凝土层,破坏储罐内部设备和环境,是不可接
K
180
受的破坏形式,这就要求混凝土外罐有足够的壁
厚。痂斑破坏时,尽管弹射出的混凝土碎块速度
式中
侵彻深度/hm
要远小于飞行物冲击速度(当壁厚大于穿透厚度
N一飞行物形状系数,取值0.72、0.84
时),但它们仍会对内罐产生破坏,故属于不可
接受的破坏形式,这也要求混凝土外罐有足够的
1.0和1.14,分别对应于平板形状、
半球状、钝状和尖端状:当冲击物为
壁厚。
阀门时,取偵为1.0。
飞行物冲击作用的局部效应计算
2.4等效冲击荷載计算
1穿透破坏厚度临界值计算
假定在整个飞行物的冲击作用阶段作用于混凝
当飞行物刚好刺穿某厚度的混凝土构件时,速
土构件的冲击力为常数,根据NDRC公式计算出
度由初始速度减小到零,该厚度称为容透破坏厚度
的侵彻深度x,可以求得等效冲击荷载。根据能量
临界值,计算该临界值的经验公式可采用CEA
守恒原理,可得平衡方程为:
EDF公式?
Eo=Em+E。+E
M
t=0.82f"。P。(d)o
其中E6=12MV
式中
穿透破坏厚度临界值m
F=12Fδ
(7)
f!一混凝土圆柱体抗压强度/Pa;
E=12δ
一混凝土密度/(kgyh
E、=Fx
式中E。飞行物冲击前的动能;
M一飞行物的质量/kg;
Em-飞行物冲击变形能J
d-飞行物的直径/m;
E。一混凝土弹性变形能∫
飞行物的初始冲击速度/(m/s),适用
E。一飞行物侵彻作用损失的能量J;
于20~200m/s的范围。
飞行物的弹性变形/m;
2.2痂斑破坏厚度临界值计算
.一冲击位置混凝土的弹性变形/m;
当混凝土构件厚度达到某一值时,在特定质
作用于混凝土构件的等效冲击力/N。
量、特定半径和特定初始速度飞行物的冲击下,混
般假定飞行物为刚体,故Em为零;又由于
凝土构件刚好不发生痂斑破坏,该厚度称为痂妊破混凝土的弹性变形能与飞行物冲击作用前的动能相
坏厚度临界值,计算该临界值的经验公式可用
比是非常小的部分,可忽略不计(相对于设计来讲
Bechtel公式η
偏安全),这样式(5)可简化为
t,=38.98×o2
F
(10)
2 x
式中!痂斑破坏厚度临界值/m。
2.5冲切永载力计算
23侵彻深度计算
对于混凝土构件还应当验算其冲切承载力能否
侵彻深度的计算一方面是为了验证混凝土构件满足飞行物的冲击作用,确保不发生冲切破坏。若
不被刺穿,另一方面是计算冲击作用的等效静力荷不能满足冲击力作用时,应配置抗冲切钢筋。具体
载,为冲击作用的整体分析提供荷载条件。当飞行的计算公式可见参考文献([8]的6.,1-1、6.5.3-1
物的初始冲击速度小于152m/s时,计算侵彻深度和6.5.3-2,分列如下
的经验公式可用NDRC公式?
当不配置抗冲切箍筋时,冲切承载力应满足