洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法技术

本发明专利技术公开了洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法。所述方法包括以下步骤：确定立式储罐的基本信息；确定立式储罐受到的作用力；计算出立式储罐的抵抗荷载；计算立式储罐的外部作用力；根据储罐屈曲失效判断依据，建立洪水和飓风耦合作用下储罐屈曲失效的极限状态方程；采用蒙特卡洛模拟方法统计目标储罐发生屈曲失效的次数，计算失效概率；绘制储罐在洪水和飓风耦合作用下的易损性曲线，分析储罐受不同风速、水速、水深和充装率的影响。本发明专利技术能精确计算洪水和飓风耦合作用下立式储罐的屈曲失效概率，为化工过程装备多灾种耦合作用下易损性评估提供有力依据。灾种耦合作用下易损性评估提供有力依据。灾种耦合作用下易损性评估提供有力依据。

【技术实现步骤摘要】
洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法


[0001]本专利技术涉及化工过程装备易损性分析领域，特别是涉及洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法。

技术介绍

[0002]立式储罐是工业设施的重要组成部分，广泛应用于原油、液化石油气等各种液体的储存。随着化工园区的快速发展，立式储罐得到了广泛的应用。由于运输方便和经济成本低，储罐通常位于沿海地区，使其面临洪水、飓风或海浪等自然灾害，这导致化工园区内大量有害物质泄漏，造成灾难性后果。在沿海地区中，飓风往往会引发洪水，使得储罐同时受到洪水和飓风的耦合作用，因此，开展洪水和飓风耦合作用下储罐屈曲失效易损性分析，对多灾种耦合事故防控体系建设具有重要的工程价值。
[0003]当前，针对洪水和飓风耦合易损性分析较少，大多考虑结构在单灾害作用下的易损性分析方法。例如，现有专利技术专利公开了一种混凝土桥梁洪水易损性分析方法；现有专利技术专利公开了输电塔风灾易损性的分析方法。上述方法提出了洪水或风等单一载荷易损性分析方法，但是不能客观反映多灾种耦合作用下结构的安全性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要解决的技术问题是洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法，可依据储罐的基本参数以及风速，洪水速度和洪水深度，计算出储罐在洪水和飓风耦合作用下屈曲失效概率，为评估储罐在洪水和飓风耦合作用下的安全性能提供有力依据。
>[0006]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0007]洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法，包括以下步骤：
[0008]S1、确定立式储罐的基本信息；
[0009]S2、进行洪水和飓风耦合作用下的立式储罐屈曲失效受力分析，确定立式储罐受到的作用力；
[0010]S3、根据立式储罐的基本信息，计算出立式储罐的抵抗荷载；
[0011]S4、根据历史统计事故数据，确定随机参数的取值范围及分布，计算立式储罐的外部作用力；
[0012]S5、根据储罐屈曲失效判断依据，建立洪水和飓风耦合作用下储罐屈曲失效的极限状态方程；
[0013]S6、采用蒙特卡洛模拟方法统计目标储罐发生屈曲失效的次数，计算失效概率；
[0014]S7、绘制储罐在洪水和飓风耦合作用下的易损性曲线，分析储罐受不同风速、水速、水深和充装率的影响。
[0015]进一步地，步骤S1中，立式储罐的基本信息包括：储罐直径D，储罐高度H，储罐厚度t
i
，杨氏模量E，储罐内介质密度ρ
l
和充装率
[0016]进一步地，步骤S2中，洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效中罐壁的受力包括风荷载、洪水荷载及波浪荷载对罐壁的作用力；
[0017]在洪水和飓风耦合作用中，除了洪水荷载和风荷载外，还包括洪水和飓风相互作用引起的波浪荷载；风荷载、洪水荷载及波浪荷载作用于罐壁的不同部位，具体如下：
[0018]飓风即风荷载会产生强大的风压作用于储罐上部；
[0019]洪水荷载的静水压力和动水压力作用于储罐底部，随着水位的上升而增大；
[0020]飓风吹过水面会形成波浪，储罐在水位之上受到波浪荷载的作用力。
[0021]进一步地，步骤S3中，储罐抵抗荷载的计算公式为：
[0022][0023][0024]P
r
＝P
l
+P
cr
[0025]其中，P
l
为储罐内液体产生的静压力；P
cr
为储罐的临界压力；P
r
为储罐的总抵抗压力；ρ
l
为储罐内液体的密度；为储罐充装率；E为杨氏模量；g为重力加速度；t
i
为罐壁厚度；D为储罐直径；H为储罐高度。
[0026]进一步地，步骤S4中，根据历史统计事故数据，所述随机参数包括风速、水速、水深和充装率。
[0027]进一步地，步骤S4中，风荷载作用在储罐上的风压具体如下：
[0028]P
wind
＝C
P
(θ)P0[0029][0030][0031][0032]q
eq
＝k
w
P
max
[0033][0034]其中，C
P
(θ)为储罐在不同周向角θ处的风压系数；θ为周向角；P0为参考风压；ρ
air
为标准大气压下的空气密度；V
wind
为风速；P
max
为非均匀分布的最大风压；w0为罐壁的长度参数，C
θ
为外部压力屈曲系数；q
eq
为等效均匀风压；k
w
为等效风压系数，根据欧洲标准EN 1993
‑1‑
6，k
w
取值范围为[0.65,1]；
[0035]洪水荷载作用于储罐底部的静水压力和动水压力具体如下：
[0036]P
s
＝ρ
w
gh
[0037][0038]其中，P
s
为静水压力；ρ
w
为洪水密度；h为洪水淹没储罐的深度；P
d
为动水压力；C
d
为阻力系数；V
w
为洪水速度；
[0039]以水平面为X轴，垂直于水平面的竖直方向为Z轴，建立直角坐标系，波浪载荷作用在储罐上的作用力具体如下：
[0040][0041][0042][0043]其中，H
w
为波高；k为波数，w为波频率，J
′1(kd)为第一类Bessel函数的导数，Y
′1(kd)为第二类Bessel函数的导数；d为储罐半径；f
x
(z)是沿Z方向单位长度的波浪力；z为自变量；L为波长；cosh(kh)是以kh为自变量的双曲余弦函数；δ为常数，通过公式求出；
[0044]水面以下的罐壁受到的水平波浪力F1具体如下：
[0045][0046]水面以上的罐壁受到的水平波浪力F2具体如下：
[0047][0048]其中，H
s
为波峰至水平面的垂直距离；
[0049]波浪要素的计算公式具体如下：
[0050][0051][0052][0053]其中，T为波周期；m为风区长度。
[0054]进一步地，洪水和飓风耦合作用下储罐受到的外部作用力的计算公式为：
[0055][0056]其中，P为储罐受到的最大外部作用力；t为时间。
[0057]进一步地，步骤S5中，洪水和飓风产生的强大压力可能会导致储罐罐壁发生屈曲破坏，即当储罐罐壁受到外部的作用力大于储罐的抵抗压力时，储罐发生屈曲失效；
[0058]洪水和飓风耦合作用下储罐屈曲失效的极限状态方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定立式储罐的基本信息；S2、进行洪水和飓风耦合作用下的立式储罐屈曲失效受力分析，确定立式储罐受到的作用力；S3、根据立式储罐的基本信息，计算出立式储罐的抵抗荷载；S4、根据历史统计事故数据，确定随机参数的取值范围及分布，计算立式储罐的外部作用力；S5、根据储罐屈曲失效判断依据，建立洪水和飓风耦合作用下储罐屈曲失效的极限状态方程；S6、采用蒙特卡洛模拟方法统计目标储罐发生屈曲失效的次数，计算失效概率；S7、绘制储罐在洪水和飓风耦合作用下的易损性曲线，分析储罐受不同风速、水速、水深和充装率的影响。2.根据权利要求1所述的洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法，其特征在于，步骤S1中，立式储罐的基本信息包括：储罐直径D，储罐高度H，储罐厚度t
i
，杨氏模量E，储罐内介质密度ρ
l
和充装率3.根据权利要求1所述的洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法，其特征在于，步骤S2中，洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效中罐壁的受力包括风荷载、洪水荷载及波浪荷载对罐壁的作用力；在洪水和飓风耦合作用中，除了洪水荷载和风荷载外，还包括洪水和飓风相互作用引起的波浪荷载；风荷载、洪水荷载及波浪荷载作用于罐壁的不同部位，具体如下：飓风即风荷载会产生强大的风压作用于储罐上部；洪水荷载的静水压力和动水压力作用于储罐底部，随着水位的上升而增大；飓风吹过水面会形成波浪，储罐在水位之上受到波浪荷载的作用力。4.根据权利要求1所述的洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法，其特征在于，步骤S3中，储罐抵抗荷载的计算公式为：其特征在于，步骤S3中，储罐抵抗荷载的计算公式为：P
r
＝P
l
+P
cr
其中，P
l
为储罐内液体产生的静压力；P
cr
为储罐的临界压力；P
r
为储罐的总抵抗压力；ρ
l
为储罐内液体的密度；为储罐充装率；E为杨氏模量；g为重力加速度；t
i
为罐壁厚度；D为储罐直径；H为储罐高度。5.根据权利要求1所述的洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法，其特征在于，步骤S4中，根据历史统计事故数据，所述随机参数包括风速、水速、水深和充装
率。6.根据权利要求5所述的洪水和飓风耦合作用下立式储罐屈曲失效易损性分析方法，其特征在于，步骤S4中，风荷载作用在储罐上的风压具体如下：P
wind
＝C
P
(θ)P
00
q
eq
＝k
w
P
max
其中，C
P
(θ)为储罐在不同周向角θ处的风压系数；θ为周向角；P0为参考风压；ρ
air
为标准大气压下的空气密度；V
wind
为风速；P
max
为非均匀分布的最大风压；w0为罐壁的长度参数，C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄敏，陈国华，赵杰，门金坤，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：