LNG储罐抗震隔震措施分析研究综述

LNG储罐抗震隔震措施分析研究综述

刘彦峰

东北石油大学土木建筑工程学院    黑龙江省大庆市 163318

摘要：随着世界各国进入“后石油时代”，液化天然气（Liquefied natural gas）以其自身独特的优势，成为人们日常生活中不可或缺的一部分，由此LNG的储存和运输也获得了越来越多人的关注。本文结合当下LNG储罐的研究热点，LNG储罐地震抗震分析、LNG储罐隔震原理分析，提出适合隔震层方案设计，讨论了隔震体系抗震动力分析方法和分析内容，指出隔震的研究现状，论述了不同场地类别上的LNG储罐采用隔震支座所能取得的隔震效果，并对后续LNG储罐的研究工作给出了建议与展望。

关键词：LNG储罐；抗震；隔震支座；安全性；

1 引言

LNG储罐设计的关键是储罐的结构设计，而地震工况常常为储罐结构设计控制工况。为了降低结构在地震作用下的响应，目前设计中大多采用传统的物理隔震方法进行抗震，并没有分析储罐结构本身的特点，难以达到较好的隔震效果。为了更为精确地掌握储罐抗震设计的根木，本文在了解地震理论的基础上，结合LNG储罐本身的结构体系特点和隔震的理念，能够为储罐的抗震设计提供一套切实可行的工程设计方法。

2 LNG储罐减震隔震的技术

传统的抗震方法通过结构本身的性能（承载能力、变形能力和耗能能力）来抵御地震的作用，这种靠结构构件的塑性变形能力来吸收能量，虽然能消化大量地震能量，减轻结构地震反应，使结构“裂而不倒”，达到抗震的目的。但是对于传统的抗震方法，由于地震动输入的不可预见性以及结构地震反应的复杂性，使得结构抗震性能未必有效：其次，随着社会的发展，结构功能要求越来越高，很多重要的建筑物（如纪念性建筑、核电站、信息中心、石化工程设备等），不允许结构进入塑性工作阶段，对结构的抗震性能提出了更高的要求。于是工程结构减振控制技术便应运而生。

3  LNG储罐隔震研究现状

   LNG储罐地震作用下遭受损害比较严重，如何减小地震作用的损害一直是国内外学者重点关注的对象，许多学者对LNG储罐的隔震系统开展了研究,以寻求最合理的隔震方案。

    周波[1]研究了铅芯橡胶支座-LNG储液罐在三向地震下的振动特性，通过LNG储罐隔震和非隔震两者地震响应的对比，得出两者加速度、位移、应力的差异情况。

王向楠[2]将基础隔震和阻尼墙消耗地震能量减少振动两种隔震措施引入全容式LNG储罐中，首先研究了桩土作用对地震响应的影响，论证了基础隔震的重要性和必要性，并通过振动台实验进行了验证。

张美玲[3]通过静力分析和模态分析研究储罐的静力作用和动力特性，结果说明罐壁本身是刚性的，储液增加结构的柔性，耦合振动周期会变长。储液深度对耦合振动的低阶振型影响不明显；随着储液深度的增加，液面晃动周期减小，但罐-液耦合振动周期增大。

    Thomas Baumann等[4]对高阻尼橡胶支座隔震的效率进行了研究，对HDRB的能量输入和返回底土、势能（弹簧）和动能以及能量耗散情况进行了定义和量化，证实了滞回阻尼耗散对LNG储罐地震作用下动态系统全局行为的有益作用。

Hamid Reza Vosoughifar等[5]采用有限元方法研究了矩形液体储罐在三维区域的地震行为。考虑了两种情况在X方向地震波和Y方向地震波作用下不同的晃动位移和基底剪切响应，并对结果进行了比较。

姚琼[6]利用有限元软件ADINA对LNG储罐进行数值模拟，通过改变隔震周期、隔震阻尼比及地震烈度、场地条件、液面高度等参数，对比分析不同参数下三维隔震支座LNG储罐地震响应。结果表明：地震烈度变化时，三维隔震支座对高烈度下储罐地震响应有更好的减震效果。场地类型对三维支座隔震储罐地震响应有影响，对于场地较硬的地震波，隔震效果最好。

    Tsipianitis等[7]利用利用特殊的非线性隔离元件对基础隔离器进行了建模，主要研究了阻尼建模方法对孤立液体储罐动态响应的影响，得出不同阻尼对隔震器位移的影响。

储罐隔震同其他建筑物隔震的原理相同，但LNG储罐有其自身独有的特点，其基础属于大体积混凝土，可能会产生收缩，此种情况会导致隔震垫的变位。隔震垫若耐久性不足则很容易破坏，此时可能需要对隔震垫进行更换，但关于隔震垫更换的问题，相关学者很少对其进行研究。

4 结论及展望

理论上，现有的储罐物理隔震方法都可以应用在大型LNG储罐上，但目前只有橡胶隔震支座有过应用，其余隔震方法尚需开发和研究，大型LNG储罐的隔震理论和方法与其他建构筑物并无不同，对隔震理论进行深入研究可以提高LNG储罐的理论分析水平，但过于复杂的隔震理论不适合于储罐工程设计。简单有效的工程设计方法是所有研究的最终目的，建立在标准复合模型上的反应谱分析都能得到准确的结果，可以在此基础上做进一步的优化以进行不同构件的设计。抗震隔震是一个系统工程，需要物理隔震方法和隔震理论共同发展，才能促进储罐工程技术进步。

参考文献

[1]周波. 近场地震作用下铅芯橡胶隔震液化天然气罐结构的三维动力响应分析[D].西安建筑科技大学,2018.

[2]王向楠. LNG储罐隔震设计研究[D].东北石油大学,2013.

[3]张美玲.大型非锚固储油罐抗震性能研究[D].西南交通大学.2015

[4]Thomas Baumann;Joachim B?hler.Seismic Design for Base-Isolated LNG-Storage-Tanks[J].Structural Engineering International.2001

[5]Hamid Reza Vosoughifar;Mohaddeseh Abbaspour Naderi.Numerical Analysis of the Base-Isolated Rectangular Storage Tanks under Bi-directional Seismic Excitation[J].British Journal of Mathematics & Computer Science.2014

[6]姚琼.三维隔震支座LNG储罐地震响应分析[D]. 西安建筑科技大学,2019.

[7]Tsipianitis,Alexandros1 (AUTHOR)( altsipianitis@gmail.com)Tsompanakis, Yiannis1 (AUTHOR)( jt@science.tuc.gr).Impact of damping modeling on the seismic response of base-isolated liquid storage tanks.[J].Soil Dynamics & Earthquake Engineering.2019