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浮頂油罐是目前國內(nèi)外大型和中型油罐中最常用的一種形式。在這類油罐中，浮頂結(jié)構(gòu)分為單盤式和雙盤式兩種，其中單盤式浮頂結(jié)構(gòu)廣泛用于大型油罐中。實際運營中的浮頂結(jié)構(gòu)，單盤上經(jīng)常會沉積雨水而使得浮頂結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形。在浮頂結(jié)構(gòu)設(shè)計的有關(guān)規(guī)范中，要求浮頂結(jié)構(gòu)在一定的降雨量情況下不能出現(xiàn)強度問題、穩(wěn)定問題以及沉船事故等。因此對浮頂結(jié)構(gòu)進行受力強度分析以及變形分析具有重要的意義。
由于實際運營中的浮頂結(jié)構(gòu)受力狀況較為復雜，且其受力與變形相互耦合相互影響，因此國內(nèi)外很多研究者提出了多種分析求解方案。英國的Mitchell在1973年首次對單盤式浮頂?shù)膹姸群头�(wěn)定問題進行了系統(tǒng)分析，其中把單盤簡化成薄膜來考慮，后來以Epstein為代表的一些美國研究者進一步分析了單盤式浮頂中的應(yīng)力問題，日本的梅木哲二等在1985年對Epstein的計算方法進行了改進，分析了單盤式浮頂在雨水載荷作用下變形和強度問題，此外，吉田圣一還利用軸對稱有限元分析方法對浮頂結(jié)構(gòu)單盤的應(yīng)力和強度進行了數(shù)值分析。國內(nèi)對浮頂結(jié)構(gòu)的力學分析首先由中科院力學所完成，中科院力學所在20世紀60年代曾對單盤式浮頂結(jié)構(gòu)進行過經(jīng)典力學分析，并給出了單盤撓度的近似計算公式。清華大學的袁駟等在1998年根據(jù)薄板大撓度彎曲理論提出了ODE(常微分方程)求解器方法分析浮頂結(jié)構(gòu)單盤的變形問題，其中的單盤包括了帶有中心浮艙和不帶中心浮艙的兩種形式。
以上研究基本以解析方法和近似計算方法為主，這些方法都是基于軸對稱模型建立求解方案，無法用于復雜形式的浮頂結(jié)構(gòu)的分析(如帶有立筋、連續(xù)梁等結(jié)構(gòu)的浮頂)。由于有限元方法(FEM)目前廣泛用于求解多種工程問題，因此有必要進一步發(fā)展浮頂結(jié)構(gòu)的有限元計算分析模型，尤其是用于一些大型復雜的浮頂結(jié)構(gòu)分析模型和有關(guān)計算方法。
本研究通過對單盤式浮頂結(jié)構(gòu)的力學分析，建立了浮頂結(jié)構(gòu)受力與變形之間的關(guān)系，即給出了載荷與撓度的關(guān)系式，并在此基礎(chǔ)上提出了浮頂結(jié)構(gòu)有限元分析的載荷修正法。這一方法的基本思想是：首先利用有限元方法對浮頂結(jié)構(gòu)進行幾何大變形非線性分析，然后根據(jù)計算結(jié)果通過迭代修正計算來調(diào)整載荷大小，使得計算得到的載荷與撓度滿足給定關(guān)系式，從而最終獲得浮頂結(jié)構(gòu)的變形與受力情況。最后，通過具體算例分析，本研究方法的計算結(jié)果與傳統(tǒng)近似方法的計算結(jié)果以及試驗結(jié)果進行了對比，驗證了本方法的有效性和可靠性。
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