大型储罐晃动波高计算优化

李政

摘要：通过对比相关标准的储罐晃动波高计算结果，分析计算过程中的主要影响因素及差异，对大型储罐晃动波高的计算进行优化。

关键词：大型储罐；晃动波高；地震影响系数

【中图分类号】TE972【文献标识码】A【文章编号】2236-1879（2017）12-0287-02

1引言

随着储罐大型化的发展，如何合理降低储罐投资成本显得非常重要，其中晃动波高是影響储罐投资成本的重要因素之一[1-2]。目前，国内储罐晃动波高主要参照GB50341-2014[3]和GB50761-2012[4]计算。对于大型储罐，按照不同标准规范计算得到的晃动波高可能相差较大，影响储罐罐壁高度，进而影响储罐投资成本，因此选用合适的晃动波高计算方法至关重要。

2晃动波高计算结果对比

假定某地区地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第三组，场地土类别为Ⅱ类，建造大型浮顶储罐1×104m3，5×104m3和10×104m3。储罐直径和设计最高液位详见表1。

按照GB50341-2014和GB50761-2012计算的储罐晃动波高详见表2。

通过表2中的数据对比可以看出，按照两个标准计算得到的晃动波高相差较大，而且随着储罐规格的增大，差值也越来越大，罐壁板增加的重量也越来越大。

3计算过程分析

3.1GB50341-2014：

GB50341-2014附录D规定水平地震作用下，罐内液面晃动波高计算公式为：

hv=1.5ηαR

式中：hv为液面晃动波高（mm）；η为罐型系数，浮顶罐取0.85；α为地震影响系数，根据储液晃动基本周期Tw及地震影响系数最大值αmax按图1中曲线确定；R为油罐内半径（m）。

储液晃动基本周期计算公式为：

Tw=KsD

式中：Tw为储液晃动基本周期（s）；Ks为晃动周期系数，根据D/Hw由表3查取，中间值采用插入法计算；D为油罐内径（m）。

3.2GB50761-2012：

GB50761-2012第10章规定水平地震作用下罐内液面晃动波高计算公式为：

hv=1.5KvαR

式中：hv为罐内液面晃动波高（mm）；Kv为长周期反应谱调整系数；α为水平地震影响系数，储液晃动基本周期Tw及地震影响系数最大值αmax按图1中曲线确定；R为油罐内半径（mm）。其中：Kv=0.018T2w-0.326Tw+1.697

储液晃动基本周期计算公式为：

Tw=2πD3680gcoth（3.68HwD）

式中：D为储罐直径（mm）；g为重力加速度，取9.81m/s2；coth为双曲余切函数；Hw为设计最高液位。

3.3过程分析：

通过分析计算过程数据，两标准储液晃动波高计算公式的主要差异因素为储液晃动基本周期Tw和长周期反应谱调整系数Kv。

GB50341-2014中储液晃动基本周期计算公式是由Housner根据油罐底部固定的条件导出的近似解，晃动周期系数Ks的计算公式为：

Ks=2π3.67gtanh（3.67D/Hw）

将其带入储液晃动基本周期Tw计算公式可得：

Tw=2πD3.67gcoth（3.67HwD）

可见GB50341-2014的储液晃动基本周期计算公式与GB50761-2012的公式基本一致，所以引起晃动波高差异的为长周期反应谱调整系数Kv。

长周期反应谱调整系数Kv的引入主要是为了调整反应谱曲线长周期段过于保守的问题。目前储罐抗震计算相关规范的地震反应谱曲线都是参照GB50011-2010[5]的曲线制定的，GB50011-2010的地震反应谱曲线如图2。

通过对比图1和图2可见，GB50011-2010的地震影响系数曲线仅适用于基本周期小于6s的情况，对于基本周期超过6s的结构，所采用的反应谱曲线应专门研究[5]。而且GB50011-2010的反应谱曲线在长周期段人为抬升了，其主要目的是针对对高层建筑抗震设计的安全性[6]，因此，长周期段的曲线是相对较为保守的[7]，同时GB50341-2014将反应谱曲线的长周期斜线段延伸至15s，导致长周期段的反应谱曲线更加保守。大型储罐的储液晃动周期多数大于6s，直接采用地震影响系数曲线的值进行计算会造成储罐罐壁设计过高，钢材浪费的后果，所以大型储罐储液晃动波高的计算应引入长周期反应谱调整系数Kv进行设计优化。

4结论

综上所述，储罐晃动波高计算的准确性将直接影响储罐的投资成本，选用GB50761-2012中引入长周期反应谱调整系数Kv的优化计算方法进行储液晃动波高计算是较为合理和经济的。

参考文献

[1]崔利富.大型LNG储罐基础隔震与晃动控制研究[D].大连：大连海事大学，2012.

[2]李文刚，金云姬，高锐.水平地震：激励下储罐液体晃動分析[J].自然灾害学报，2007，14（4）：138-142.