液化天然气储罐抗震与减隔震理论、试验与工程实践

本书结合液化天然气（LNG）储罐结构建设及运行过程中的地震安全需求，全面系统介绍了在土-结构相互作用、桩-土相互作用、液固耦合效应等多重影响下，地上储罐、半地下储罐和全地下储罐的抗震与减隔震理论、试验和工程应用。首先介绍了LNG储罐的结构体系、发展现状及研究方法；然后依次介绍了LNG储罐结构抗震与减隔震理论和研究方法、液固耦合作用参数化分析、不同地基条件下30万立方米级LNG储罐振动台试验及理论、地下LNG储罐振动台试验及理论和LNG储罐减隔震结构振动台试验及理论；最后，介绍了大型LNG储罐的数值仿真技术及工程应用。 本书可供液化天然气储罐领域工程设计和研究人员及高等院校相关专业的师生参考。

张超，1981年生，中共党员，天津大学博士，长期从事液化天然气（LNG）领域科技工作，最年轻的中国海油集团公司技术专家，享受国务院政府特殊津贴。 中国LNG行业技术领军人物与知名专家，带领团队成功攻克了LNG储罐、天然气液化、LNG接收站等中国LNG产业的核心技术瓶颈，首创了具有中国自主知识产权的大型LNG全容储罐技术，建成全球最大罐容27万立方米 LNG储罐，实现LNG全产业链核心技术突破，引领中国LNG技术跻身国际前列，加深传统能源技术与新能源产业融合发展，构建\"天然气+\"技术体系，为我国LNG产业发展和工业建设做出重要贡献。 承担和参与国家及省部级等科技攻关项目90项，技术成果转化效益超200亿，主持和参编国家及行业标准9部，代表性论文48篇、专利授权101项，获省部级奖项19项，出版专著7部。被评为全国石油石化系统创新先进人物、中国海油十大科技人物。

1 绪论 001 1.1 引言 002 1.2 LNG储罐结构发展现状及体系 002 1.2.1 LNG储罐结构研究概述 002 1.2.2 LNG储罐结构体系及组成 004 1.3 大型LNG储罐多重耦合作用研究现状 009 1.3.1 桩-土-结构相互作用研究现状 009 1.3.2 土-储罐结构相互作用研究现状 012 1.3.3 LNG储罐-储液流固耦合作用研究现状 013 1.3.4 本章小结 016 参考文献 016 2 LNG储罐结构抗震及减隔震理论和研究方法 019 2.1 地震灾害对LNG储罐的影响 020 2.2 LNG储罐抗震研究的必要性 020 2.2.1 LNG储罐地震震害后的破坏形式 021 2.2.2 LNG储罐抗震研究现状 022 2.3 LNG储罐结构抗震及减隔震理论 024 2.3.1 概述 024 2.3.2 刚性地基LNG全容罐抗震设计基本理论 024 2.3.3 刚性地基LNG全容罐减隔震设计基本理论 026 2.4 试验方法 028 2.4.1 概述 028 2.4.2 模型设计及施工 028 2.4.3 制定试验方案 032 2.4.4 试验准备工作 033 2.4.5 数据处理与分析 035 2.5 数值分析法 035 2.6 简化计算方法 037 2.6.1 刚性壁简化计算方法 037 2.6.2 柔性壁简化模型——Veletsos简化方法 041 2.6.3 考虑穹顶作用的储罐简化模型 046 2.6.4 土-结构相互作用的储罐简化模型 049 2.7 本章小结 053 参考文献 053 3 液固耦合作用参数化分析 055 3.1 引言 056 3.2 不考虑土-结构相互作用简化模型的参数化分析 056 3.2.1 储液含量的影响 056 3.2.2 高阶振型的影响 058 3.2.3 穹顶的影响 062 3.3 考虑土-结构相互作用简化模型的参数化分析 064 3.3.1 储罐变形的影响 064 3.3.2 储液含量的影响 066 3.3.3 剪切波速的影响 068 3.4 场地类型的影响 070 3.5 小结 071 参考文献 072 4 LNG储罐结构振动台试验方法 073 4.1 引言 074 4.2 多介质耦合模型试验体系相似系数设计 074 4.3 振动台模型土箱 077 4.3.1 刚性模型土箱 077 4.3.2 柔性模型土箱 077 4.3.3 层状剪切变形箱 078 4.4 模型地基和模型结构制作 080 4.4.1 模型地基制作 082 4.4.2 模型结构制作 082 4.4.3 动态信号采集系统 082 4.4.4 非接触性静、动态位移测试 086 4.4.5 光纤布拉格（Bragg）光栅应变测试 088 4.5 本章小结 090 参考文献 090 5 地下LNG储罐结构抗震振动台试验研究 091 5.1 研究目的与研究内容 092 5.2 全地下LNG储罐振动台试验设计 092 5.2.1 相似系数计算 092 5.2.2 模型制作 093 5.2.3 测量方案 095 5.2.4 加载方案 097 5.3 全地下LNG储罐振动试验分析 099 5.3.1 试验现象 099 5.3.2 自振特性分析 099 5.3.3 罐体的加速度放大效应 100 5.3.4 土体的加速度放大效应 103 5.3.5 地基土对不同地震动的滤波效应 106 5.3.6 土-全地下LNG储罐流固耦合效应 113 5.4 本章小结 115 6 超大容积LNG储罐结构抗震振动台试验研究 117 6.1 研究概述 118 6.1.1 研究结构 118 6.1.2 研究目标与内容 120 6.2 超大容积LNG储罐振动台试验设计 120 6.2.1 相似系数计算 120 6.2.2 模型制作 123 6.2.3 测量方案 124 6.2.4 加载方案 128 6.3 超大容积LNG储罐振动台试验分析 133 6.3.1 空罐状态试验 133 6.3.2 半罐状态试验 138 6.3.3 满罐状态试验 143 6.4 本章小结 148 参考文献 148 7 超大容积LNG储罐减隔震结构振动台试验研究 149 7.1 研究概述 150 7.2 超大容积LNG储罐减隔震结构振动台试验设计 151 7.2.1 相似系数计算 151 7.2.2 模型制作 151 7.2.3 减隔震支座参数设计 153 7.2.4 测量方案 156 7.2.5 加载方案 161 7.3 超大容积LNG储罐减隔震结构振动台试验分析 166 7.3.1 空罐状态试验 166 7.3.2 半罐状态试验 178 7.4 本章小结 190 8 LNG储罐抗震数值仿真分析与工程应用 191 8.1 概述 192 8.2 超大容积LNG储罐抗震数值仿真分析与工程应用 192 8.2.1 有限元模型建立 192 8.2.2 数值仿真分析 195 8.2.3 工程实践与应用 204 8.3 超大容积LNG储罐减隔震数值仿真分析与工程应用 206 8.3.1 有限元模型建立 206 8.3.2 地震工况数值仿真 206 8.3.3 数值仿真分析 218 8.4 本章小结 219