基于ANSYS的大型储罐伞形顶架安装施工中的失效及事故原因分析.pdf

学兔兔 第30卷第5期 V0I．30 No．5 2008年 10月 Oct．2008 基于AN SYS的大型储罐伞形顶架安装施工中的失 效及事故原因分析 王存庭1 李贝贝2 (1西安交通大学能源与动力工程学隐，陕西西安 710049l 2山东大学，山东济南250061) 中图分类号TU74 文献标识码 B 文章编号 1672—9323(2008)05—0008—09 某在建大型罐区安装项目中的一台5万m3储罐的 pipe1 6，钢丝绳采用拉杆单元link ll~3]。整个伞形顶架 伞形顶架在安装施工过程中，在一次强风作用下突然 结构的有限元模型共有262个节点，369个单元，其中 倾倒，6根揽风钢丝绳全部破断、多根檩条以及横梁与 梁单元306个，管单元57个，杆单元6个。 檩条、横梁与立柱的结合部断裂，导致该伞形顶架坍塌 失效。为帮助分析事故原因，量化计算分析，利用 ANSYS有限元分析程序对此伞形顶架结构进行有限元 建模、数值计算分析，依据GB／T 201l8—2006m及GB 50135—200~21确定各结构部件的许用应力及许用变形等 临界状态控制条件，即失效判据。通过分析数值计算结 果得出了该伞形顶架在各种载荷及其组合作用下的强 度、变形、危险工况、失效原因及其结构受力的薄弱环 图1伞形顶架整体结构有限元离散模型 节，并结合数值分析结果与事故现场，给出了改进和优 1．2边界条件 化建议，为5万m3储罐的伞形顶架结构优化、提高设 伞形顶架结构的固定方式为：19根支柱的底端和6 计及安装施工质量，进而保障大型储罐的安装施工及 根钢丝绳的底端都固定于地基上。据此，所建计算模型 运行过程中的可靠性和安全性提供参考和借鉴。 的边界条件为： 1有限元计算模型 (1)每个支柱约束底端节点，约束该节点沿X、Y、 1．1伞形顶架结构离散模型 Z向的位移和绕X、Y轴的转角5个自由度 (设高度方 该5万II13储罐伞形顶架外形尺寸为 39．26m× 向为Z向，向上为正，地面为xy平面)； 19．8m (直径×高度)，用于支撑储罐顶盖。伞形顶架 (2)每根钢丝绳约束底端节点，约束该节点沿X、 由伞顶、支柱、钢丝绳组成，伞顶又由周向的横梁和径 Y、Z向位移3个自由度。 向的檩条组成。支柱共l9根，绕中心三层分布，中心 1．3载荷及临界状态控制条件确定 1根，内圈6根，外圈12根；内圈的6根支柱通过6根 1．3．1载荷 横梁连接，外圈12根支柱通过l2根横梁连接，中心柱 考虑到事故发生在伞形顶架安装施工过程中，其 顶端和内圈的横梁通过36根檩条连接，内外圈横梁通 可能承受的载荷有结构自重和风载荷，其中风载荷又 过72根檩条连接；伞形顶的外圈均布6根巾l3ram钢 据风向不同简化为单向风和旋风。各项载荷的大小为： 丝绳与地基固定连接，起保险作用。 (1)结构自重。伞形顶架结构中各部件的自重，据 为确保数值分析精度，力求结构的有限元离散模 计算模型中各单元的尺寸和材料，计算出重量，分布在 型尽量与实际结构一致，少做简化。据提供的伞形顶架 各单元上。 施工图样，建立有限元离散模型如图l所示。模型中， (2)风载荷。风载荷分单向风和旋风两种情况施 横梁和檩条采用三维梁单元beam4，支柱采用管单元 加： 欢j；D访