大型LNG儲(chǔ)罐外罐在混凝土澆筑過程中,水泥水化熱會(huì)導(dǎo)致外罐產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力,從而引起混凝土開裂,將嚴(yán)重影響儲(chǔ)罐的耐久性。為此,以山東某大型LNG儲(chǔ)罐混凝土外罐為研究對(duì)象,采用ADINA有限元軟件建立了精細(xì)化的LNG儲(chǔ)罐有限元模型,按照實(shí)際的施工順序與時(shí)間,模擬了LNG儲(chǔ)罐外罐混凝土分層澆筑過程中的早期溫度場(chǎng)分布;在考慮混凝土齡期效應(yīng)的基礎(chǔ)上,將外罐的溫度場(chǎng)和結(jié)構(gòu)場(chǎng)進(jìn)行耦合,分析了外罐的溫度應(yīng)力及裂縫分布情況,評(píng)估了外罐混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明:1外罐在施工期間將產(chǎn)生較大的內(nèi)外溫差,引起較大的溫度應(yīng)力;2第1澆筑層的溫度應(yīng)力明顯大于其他澆筑層,且第一主應(yīng)力為環(huán)向應(yīng)力,將使此處混凝土產(chǎn)生沿豎向開展的裂縫;3因?yàn)榧s束作用減弱,其他澆筑層混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的可能性很小。該研究成果為LNG儲(chǔ)罐外罐溫度裂縫控制提供了參考。 

【文章來源】：天然氣工業(yè). 2014,34(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１某大型ＬＮＧ儲(chǔ)罐外罐有限元模型圖

例進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，混凝土外罐內(nèi)徑為４１ｍ，外徑為４１．８ｍ，壁厚為０．８ｍ，高為４１．１ｍ。混凝土外罐分１１層進(jìn)行澆筑，其中１～９層澆筑高度為４ｍ，第１０層澆筑高度為１．５ｍ，第１１層環(huán)梁澆筑高度為２．６ｍ，模板采用２０ｍｍ膠合板，相鄰施工層時(shí)間間隔為４ｄ。由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，取罐壁的四分之一（相鄰扶壁柱之間部分）進(jìn)行有限元分析（圖１），外墻地板采用固定端約束，由于扶壁柱對(duì)外墻的約束，在其兩側(cè)面上施加對(duì)稱彈性約束。監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布位置如圖２所示。圖１某大型ＬＮＧ儲(chǔ)罐外罐有限元模型圖圖２某大型ＬＮＧ儲(chǔ)罐外罐部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置圖３．２溫度場(chǎng)分析混凝土的內(nèi)部溫度與水泥種類、水灰比、初始條件、邊界條件、熱傳導(dǎo)系數(shù)等有關(guān)，還與位置、時(shí)間有關(guān)，有限元分析時(shí)采用式（１）對(duì)早齡期混凝土內(nèi)部的溫度場(chǎng)進(jìn)行求解，各澆筑層中心點(diǎn)溫度時(shí)程曲線如圖３所示。·１０９第·３４卷第９期集輸與加工

筑層根據(jù)圖３可知，各施工層混凝土內(nèi)部經(jīng)歷了升溫、降溫、趨于穩(wěn)定３個(gè)階段，升溫速率明顯大于降溫速率，這種溫度速率變化不一致以及材料參數(shù)隨齡期的變化是產(chǎn)生溫度應(yīng)力的主要原因；由于前９個(gè)混凝土的澆筑層高度都為４ｍ，分析的位置也相同，所以其溫度時(shí)程變化曲線相似；第１０澆筑層溫度曲線出現(xiàn)了２個(gè)波峰，其原因是第１０澆筑層高度只有１．６ｍ；第１１澆筑層因環(huán)梁較厚而產(chǎn)生的溫度峰值大于其他澆筑層，且其達(dá)到峰值的時(shí)間相對(duì)延遲。第１澆筑層部分點(diǎn)溫度時(shí)程曲線如圖４所示。由圖４可知，在外界恒溫條件下，混凝土內(nèi)部溫度在其澆筑約１ｄ后迅速達(dá)到峰值，之后開始緩慢降溫，在其澆筑約１０ｄ后趨于穩(wěn)定。由圖４還可知，外罐罐壁厚度中心最高升溫約為６０℃，混凝土易產(chǎn)生深層裂縫；混凝土內(nèi)部與表面溫差為２５℃，混凝土表面具有開裂的危險(xiǎn)；頂部混凝土塊內(nèi)部溫度受上層新澆筑混凝土的影響比較大。因此Ａ、Ｂ測(cè)點(diǎn)在溫度下降階段有２０～３０℃的溫度波動(dòng)，數(shù)值分析表明，新澆筑混凝土對(duì)下層混凝土的影響深度約為１．２ｍ。圖４第１澆筑層部分點(diǎn)溫度時(shí)程曲線圖３．３應(yīng)力場(chǎng)分析有限元分析時(shí)，通過將三維不穩(wěn)定溫度場(chǎng)分析得到的節(jié)點(diǎn)溫度變化轉(zhuǎn)化為等效荷載作用于結(jié)構(gòu)上進(jìn)行溫度應(yīng)力分析，分析時(shí)采用式（５）對(duì)ＬＮＧ儲(chǔ)罐外罐的溫度應(yīng)力進(jìn)行求解。圖５為各澆筑層底部某點(diǎn)環(huán)向應(yīng)力時(shí)程曲線，圖６為部分澆筑層底部某點(diǎn)豎向應(yīng)力時(shí)程曲線。由圖５可知，在ＬＮＧ儲(chǔ)罐外罐施工期間，溫度應(yīng)力分為壓應(yīng)力發(fā)展、壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力及拉應(yīng)力趨于殘余應(yīng)力３個(gè)階段。比較圖５和圖６可知，混凝土外罐在溫

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