[发明专利]一种应用于港口石化钢制储罐抗风圈优化设计方法

说明书

本发明公开了一种应用于港口石化钢制储罐抗风圈优化设计方法，首先用壳体单元建立钢储罐结构有限元模型，定义抗风圈设计参数空间，采用优化策略利用有限元方法得到设计参数与储罐动力抗风屈曲承载力w_cr之间的关系，以偏导数时所对应的抗风圈圈数n和间距d，为抗风圈优化设计方案，供设计选择。本发明能够快速有效地得到储罐钢结构抗风加强圈的最经济设计方案，即在该抗风圈圈数和间距情况下增加用钢量不能提高动力抗风屈曲承载力，为港口大型钢制圆柱形石化储罐抗风安全和设计经济性提供科学依据。

技术领域

本发明涉及港口抗风减灾安全设备设计方法技术领域，更具体的说是涉及一种应用于港口石化钢制储罐抗风圈优化设计方法。

背景技术

港口大型圆柱形石化储罐属于大型薄壁钢结构，在风压作用下易发生屈曲凹瘪破坏，造成严重的经济损失并引发安全事故。在储罐顶部或沿储罐高度布置水平抗风圈能够有效提升储罐结构的抗风屈曲承载力，在各个国际规范中给出了抗风圈截面选择的一些计算方法和构造要求。

但是，这些计算方法采取了大量简化，并不是出于储罐-抗风圈整体体系的抗动力屈曲提出的，而且并未合理配置抗风圈的截面和间距，使得用钢量相同的情况下动力屈曲承载效率最高，在一定程度上造成了材料的不合理使用和浪费。

因此，提供一种应用于港口石化钢制储罐抗风圈优化设计方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于港口石化钢制储罐抗风圈优化设计方法，能够快速有效地得到储罐钢结构抗风圈的最经济设计方案。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于港口石化钢制储罐抗风圈优化设计方法，包括以下步骤：

1)建立储罐有限元模型，利用壳单元模拟储罐罐壁和抗风圈，单元划分时在抗风圈的相应高度上设置节点，并输入抗风圈的截面和数量自动建模以实现抗风圈的参数化建模；

2)根据风洞试验或CFD数值模拟结果得到的储罐净风压系数，再乘以可调整的参考风压w，换算到节点或单元相应的位置，加载在有限元模型上；

3)进行特征值屈曲分析，并以一阶模态的模式在储罐上施加初始缺陷，用于后续承载力分析；

4)定义抗风圈设计参数空间，其中圈数为n，用钢量为B，间距为d，及各个参数的取值范围和步长增量，得到设计参数空间：(n_i,B_j,d_k)，其中i＝1，…，N；j＝1，…，J；k＝1，…，K；

5)在抗风圈设计参数空间选取参数取值，利用有限元方法进行储罐动力屈曲分析，得到设计参数与储罐动力抗风屈曲承载力之间的关系w_cr(n,B,d)；

其中具体优化策略迭代方法如下：

Ⅰ：对于抗风圈圈数n＝n_i＝i，用钢量B＝B_j＝jΔB，依次计算间距d＝d_k＝kΔd时的w_cr(n_i,B_j,d_k)，初始地，k从1开始依次增大，直到w_cr(n_i,B_j,d_k)w_cr(n_i,B_j,d_k-1)时停止，将此时的k-1记为k_ij，为抗风圈圈数i，用钢量B_j下的最优间距d_k，此时的承载力记为w_crij；