摘要：LNG储罐是指液化天然气储罐，是储存液化天然气的装置，也是对安全要求极高的构筑物，一旦发生事故，后果不堪设想，因此，对于LNG储罐设计而言，保证LNG储罐在地震作用下能够安全是整个LNG储罐设计与建造的重点之一，本文介绍LNG储液罐抗震常用的两种分析方法，对分析结果与规范进行比较。
关键词：LNG储罐；流体单元法；Haroun-Housner模型
引言
地震发生时，LNG储罐的内外罐会在地震作用下产生惯性力，与其他建筑物不同，储罐内液体由于地震影响而对罐壁和罐底部产生作用力和流体晃荡作用，涉及流固耦合的问题。本文基于国内LNG储罐现有地震响应成果，对比多种研究方法的特点，介绍LNG储罐分析的两种主要方法。
1.Haroun-Housner力学模型及其应用
现今储罐地震分析的主要理论是基于Housner教授在1957年提出的采用弹簧质量系统来简单化流体对固体的脉冲压力和对流压力，由于Housner模型考虑储罐壁为刚性且不可变形，历史上根据Housner模型设计的储液罐在地震发生时出现了巨大破坏，于是后人根据Housner模型进行改进。Haroun-Housner模型[1]在1983年提出，该模型对罐内液体分为3个等效质量进行分析：ms为液体参与地面运动的等价质量（刚性罐壁运动），mf为液体与罐壁相对于地面变形（流固耦合）的等价质量，ms为液体参与晃动的等价质量。
图1 Haroun-Housner模型
地震时的力学平衡表达式为：
[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度矩阵， 
为地震加速度时程函数。
根据Haroun-Housner模型，储液罐底部地震剪力倾覆力矩如下：
可由下面方程求得：
ms、xs、Hs分别为液体参与晃动的等价质量、等价质量的位移与高度；mf、xf、Hf分别为液体参与罐壁相对地面变形的等价质量、等价质量的位移与高度；mr、xg、Hr分别为液体参与地面运动的等价质量、等价质量的位移与高度； 
为地面运动加速度。
2.流体单元法
流体单元法通常是指在有限元软件ANSYS等有限元软件的建模分析下，对LNG储液罐在地震激励作用下的效应作分析，模拟水平地震作用下储液罐液体晃动响应、进行时程、反应谱等分析，通过模拟结果得出储液罐的抗震性能安全评估。
3.两种算法对比分析
吴磊[2]用Haroun-Housner模型与流体单元模拟储液罐地震作用下响应分析，结果表明：模拟分析得到的底部总剪力与Haroun-Housner模型算得基底剪力及底部地震加速度较为接近。张春龙[3]借助ADINA对比Haroun-Housner理论计算的结果表明：在计算储罐的液固耦合的振动频率与储液的晃动频率上，Haroun-Housner算法与有限元数值非常接近，耦合误差1.3%，储液晃动误差4.3%，但与我国规范误差为22%。通过ABAQUS仿真得到的基底最大弯矩4.83×105
,最大剪力3.58×104
，与规范较为接近。
4.结论
（1）Haroun-Housner算法与流体单元法在计算底部剪力与倾覆力矩与规范标准较为接近，且Haroun-Housner算法更为简便，不用建模分析，适合工程设计使用。
（2）在计算液固耦合的振动频率与储液晃动频率时，Haroun-Housner算法与有限元仿真较为接近，与规范误差较大，建议用前两者计算。
参考文献
[1]袁朝庆等.储罐抗震计算模型的简化[J].压力容器.2007，25（4）.
[2]吴磊.LNG储罐地震响应分析方法比较研究[D].哈尔滨.哈尔滨工程大学,2013:33-65.
[3]张春龙.LNG储罐抗震性能数值模拟[D].哈尔滨.哈尔滨工程大学,2015:42-63.
论文作者:陈泓宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/8
标签：储罐论文; 模型论文; 质量论文; 流体论文; 液体论文; 剪力论文; 算法论文; 《基层建设》2019年第18期论文;