CN104032766A - Lng储液罐隔震层 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LNG储液罐隔震层，以适应LNG储液罐下部需要通风散除冷气的高桩基础隔震，包括多片反力墙、多个滑移支座、多个叠层橡胶支座以及多个黏滞阻尼器，滑移支座分别与储液罐的罐体底板下底面和桩基的顶面固定连接，叠层橡胶支座分别与罐体底板下底面和反力墙的顶面固定连接，黏滞阻尼器的两端分别通过球铰支座铰接于罐体底板下表面和反力墙的立面上；该LNG储液罐隔震层对地震造成储液罐较大的水平变位和竖向振动均具有很好的适应性，能够大幅度降低罐体的地震响应和储液的脉冲压力、对流作用和晃动波高，从而可以减轻储液罐中储液量的变化对最终隔震效果的影响，能够很好地抵抗震级大小不确定的未来地震。

Description

LNG储液罐隔震层

技术领域

本发明属于工程基础隔震领域，涉及一种储液罐隔震层。

背景技术

液化天然气(liquefied natural gas，简称LNG)是一种无毒、无污染的优质高效能源。为了满足我国的能源需求和实现经济社会的可持续发展，目前正在建设具有大型容量或超大型容量的液化天然气储罐。这种工程起到了利国利民的作用，属于城市生命线工程。然而，一旦发生地震，这种液化天然气储罐容易发生破损，导致罐内储存的天然气外泄，这将可能造成非常严重的灾害后果，例如发生爆炸、引发大火、产生冲击波等，从而对城市安全构成了严重的威胁。因此，在设计时应按照操作基本地震(operating basis earthquake，简称OBE)进行设计，并按照安全停堆地震(safe shutdown earthquake，简称SSE)进行应力极限校核，使得液化天然气储罐的地震安全性远远高于一般建筑结构物的地震安全性，基本保证其与核电站的地震安全性相当。

另外，液化天然气储罐由于占地面积大等工艺要求，常采用均匀、对称的高桩基础形式来满足储罐底部散热及改善地基基础特性。由于高桩基础形式的承台底位于地面以上，部分桩体裸露于土体外，缺少土的弹性抗力作用，桩身内力和位移较大，稳定性较差，故常常是储罐的抗震薄弱环节。因为加大桩截面的抗震设计方法显然不是最佳的选择，所以传统的隔震技术在高桩顶部和储罐罐体的底板之间设置了叠层橡胶支座。但是，由于储罐的储液量是动态变化的，当储液量变化时，储罐的振动周期也会发生变化，仅使用叠层橡胶支座隔震起不到理想的隔震效果。进一步地，当遇到超过设计的罕遇地震时，隔震层的较大水平变位可能超出叠层橡胶支座的极限变位，从而造成叠层橡胶支座的损坏并丧失隔震效果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种既能适应储液罐中储液量的不断变化，又能在较宽范围内适应震级大小不确定的未来地震的LNG储液罐隔震层。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种LNG储液罐隔震层，包括：多片反力墙、多个分别与储液罐的罐体底板下底面和桩基的顶面固定连接的滑移支座、多个分别与罐体底板的下底面和反力墙的顶面固定连接的叠层橡胶支座以及多根黏滞阻尼器，黏滞阻尼器的一端通过球铰支座铰接在反力墙的立面上，黏滞阻尼器的另一端通过球铰支座铰接在罐体底板的下底面上。

上述黏滞阻尼器的长轴与罐体底板的下底面的夹角为15°～20°。每个黏滞阻尼器的长轴在罐体底板的垂直投影线均经过罐体底板的垂直投影中心。

多片反力墙露出地面的部分排列成圆周并且在圆周的周向上延伸，多片反力墙埋入地面的部分连接成多个圆弧或一个完整的圆周。

上述滑移支座包括自上而下依次设置的滑移支座上连接板、不锈钢面板、在不锈钢面板上滑移的聚四氟乙烯板和带有弹性体的下连接板，滑移支座上连接板连接到罐底板的下底面，带有弹性体的下连接板连接到桩基的顶面。

上述叠层橡胶支座包括自上而下依次设置的橡胶支座上连接板、橡胶支座中间夹层和橡胶支座下连接板，橡胶支座上连接板连接于罐体底板的下悬支墩，橡胶支座下连接板连接于反力墙的顶面上。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

首先，因为不锈钢面板倒置于罐体底板的下底面，不锈钢面板的面积可以成倍大于聚四氟乙烯板的面积，所以聚四氟乙烯板具有很大的滑移量，对LNG储液罐隔震层的较大水平变位具有很好的适应性；此外，滑移支座的水平剪力只取决于聚四氟乙烯板和不锈钢面板之间的摩擦系数和储液罐的重量，当储液罐的惯性力超过了静摩擦力，储液罐就开始滑动，这样可以大幅度降低罐体的地震响应以及储液的脉冲压力。

其次，黏滞阻尼器斜撑于底板和反力墙之间，其两端分别与二者通过铰结连接，不仅能够有效控制储罐发生较大的水平变位，而且可以有效削弱储罐的竖向振动，也有利于减小由于聚四氟乙烯板和不锈钢面板在竖向振动时发生不连续滑移所引起的滑移支座的水平向不稳定动力特性，从而可以保证竖向振动下的滑移支座在水平向仍能取得优良的隔震效果。同时，黏滞阻尼器能够有效地降低储液的对流作用，从而降低储液的晃动波高。

最后，反力墙独立锚固于土体中，不与任何一种桩基连接，因此，部分水平剪力可以直接传递至反力墙，从而使桩基所承担的水平剪力降低，桩基截面可以适当减小，有利于节省工程造价。

附图说明

图1为本发明实施例中的LNG储液罐隔震层的立面布置图。

图2为本发明实施例中的LNG储液罐隔震层的局部结构平面布置图。

图3为本发明实施例中的滑移支座的安装示意图。

图4为本发明实施例中的叠层橡胶支座的安装示意图。

图5为本发明实施例中的叠层橡胶支座的局部放大图。

图6为本发明实施例中的黏滞阻尼器的安装示意图。

附图标记：

滑移支座1、叠层橡胶支座2、黏滞阻尼器3、反力墙4、罐体底板5、滑移支座上预埋板6、滑移支座上连接板7、不锈钢面板8、聚四氟乙烯板9、带有弹性体的下连接板10、滑移支座下预埋板11、桩基12、下悬支墩13、支墩底预埋板14、橡胶支座上连接板15、橡胶支座下连接板16、反力墙顶预埋板17、球铰支座18、储液罐19、罐体20、LNG储液罐隔震层21、地面22、第一类桩基23、第二类桩基24、第三类桩基25、第四类桩基26、滑移支座上预埋螺栓件27、滑移支座下预埋螺栓件28、橡胶支座中间夹层29、橡胶支座上预埋螺栓件30、橡胶支座下预埋螺栓件31、虚线32。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

本实施例提供了一种LNG储液罐隔震层，用于对储存LNG的大型储液罐提供隔震支承。

如图1、图2和图3所示，该LNG储液罐隔震层21设置在用于支承LNG储液罐19罐体20的罐体底板5下方，包括多片反力墙4、多个滑移支座1、多个叠层橡胶支座2和多个黏滞阻尼器3。罐体底板5的外形为圆形。

如图1、图2和图3所示，桩基12位于罐体底板5的下方，包括第一类桩基23、第二类桩基24，第三类桩基25和第四类桩基26。多个第一类桩基23在地面22上按照形成圆周的趋势排列成第一圆周，形成内环群桩。多个第二类桩基24在地面22上也按照形成圆周的趋势排列成第三圆周，形成中环群桩。多个第三类桩基25在地面22上同样也按照形成圆周的趋势排列成第四圆周，形成外环群桩。多个第四类桩基26在第一圆周所围成区域的内部均匀排列。

如图3所示，滑移支座1包括自上而下依次设置的滑移支座上连接板7、不锈钢面板8、能够在不锈钢面板8上滑移的聚四氟乙烯板9和带有弹性体的下连接板10。

滑移支座上连接板7通过滑移支座上预埋板6锚固到罐体底板5的下底面上，具体地，滑移支座上预埋螺栓件27由下至上依次贯穿不锈钢面板8、滑移支座上连接板7和滑移支座上预埋板6将三者固定到罐体底板5的下底面上。

聚四氟乙烯板9镶嵌于带有弹性体的下连接板10的弹性体之上。弹性体由橡胶材料制作，因此也可称其为橡胶体。带有弹性体的下连接板10通过滑移支座下预埋板11锚固到第一类桩基23、第二类桩基24、第三类桩基25和第四类桩基26中任一桩基12的顶面上，具体地，滑移支座下预埋螺栓件28由上至下依次贯穿带有弹性体的下连接板10和滑移支座下预埋板11将二者固定到桩基12的顶面上。下连接板10带有弹性体后，可以使得聚四氟乙烯板9和不锈钢面板8之间能够均匀、平滑地接触，从而确保隔震效果。

该滑移支座1具有以下有益效果：

首先，因为罐体底板5的面积很大，所以倒装在罐体底板5下方的不锈钢面板8的面积也成倍大于聚四氟乙烯板9的面积，使得聚四氟乙烯板9在不锈钢面板8上有足够大的滑移量，对于地震导致的水平位移有很大的适应性。

其次，滑移支座1的水平剪力只取决于聚四氟乙烯板9和不锈钢面板8之间的摩擦系数和储液罐19的总重量，当储液罐19的惯性力超出了聚四氟乙烯板9和不锈钢面板8之间的静摩擦力时，储液罐19就开始水平滑动，这样可以大幅度降低储液罐19罐体20的地震响应以及储液罐19中储液的脉冲压力，使得储液罐19的地震安全性得到明显提高。

再者，每根桩基12与滑移支座1一一对应设置，多个滑移支座1共同构成对储液罐19罐体20的支承，使得罐体20的质心(Centre of mass)与很多桩基作为一个整体的刚心(Centerof rigidity)接近一致，从而可以避免隔震结构产生较大的扭转变形。

最后，滑移支座1紧贴罐体20的罐体底板5安装，施工方便、养护简单并且易于更换。

多片反力墙4露出地面的部分按照形成圆周的趋势排列成第二圆周并在第二圆周的周向上延伸，从而形成中环群墙。多片反力墙4埋入地面的部分既可以连接成多个圆弧，又可以连接成一个完整的圆周。上述的第一圆周、第二圆周、第三圆周和第四圆周均以罐体底板5下底面的中心在地面22上的投影点为圆心。第一圆周的半径r1小于第二圆周的半径r2，第二圆周的半径r2小于第三圆周的半径r3，第三圆周的半径r3小于第四圆周的半径r4，即、r1<r2<r3<r4。反力墙4通过叠层橡胶支座2与罐体底板5的下底面相连。反力墙4独立锚固在地面22中，不与上述任何一种桩基连接，因此，部分水平剪力可以直接传递至反力墙4并由其来承担，从而单个桩基所承担的水平剪力降低，桩基截面可以适当减小，有利于节省造价。另外，桩基的截面剪力与滑移支座1中聚四氟乙烯板9和不锈钢面板8的摩擦系数及罐体20的重量相关，在摩擦系数和罐体20的重量一定的条件下，桩基截面剪力不会随着水平地震强度的变化而变化，所以有利于桩基截面设计方案的确定，并使其避免在大震下遭到破坏。此外，反力墙4的顶面与罐体底板5之间在立面上有一定的垂直距离，为环境空气的流动留有足够的通道，可以保证冷气流出，从而避免冷量侵入土体而造成土体内膨胀应力的失衡。

如图4和图5所示，叠层橡胶支座2包括自上而下依次设置的橡胶支座上连接板15、橡胶支座中间夹层29和橡胶支座下连接板16。橡胶支座上连接板15通过支墩底预埋板14固定到罐体底板5的下悬支墩13上，具体地，上预埋螺栓件30由下至上依次贯穿橡胶支座上连接板15和支墩底预埋板14将二者锚固到罐体底板5的下悬支墩13上。橡胶支座下连接板16通过反力墙顶预埋板17固定到反力墙4的顶面上，具体地，下预埋螺栓件31由上至下依次贯穿橡胶支座下连接板16和反力墙顶预埋板17将二者锚固到反力墙4的顶面上。

如图6所示，黏滞阻尼器3的一端通过球铰支座18铰接于反力墙4的立面上并且另一端通过球铰支座18铰接于罐体底板5的下底面上(靠近反力墙4)。黏滞阻尼器3的长轴所在的直线(即图6所示的虚线32)与罐体底板5的下底面δ所成的夹角α的范围为15°≤α≤20°，优选为20°。

如图2所示，每个黏滞阻尼器3的长轴在罐体底板5下的垂直投影线(即图2中所示的虚线)均经过罐体底板5垂直投影中心O。图2中的黑点代表叠层橡胶支座2，由于叠层橡胶支座2的数目太多会引起隔震效果的降低，所以在反力墙上相间排列。因为反力墙4独立锚固于土体中，所以能为黏滞阻尼器3提供支座反力。黏滞阻尼器3沿长轴方向的两端采用铰结连接是为了适应LNG储液罐隔震层21自身在地震作用下可能发生的变位。

黏滞阻尼器3斜撑在反力墙4和罐体底板5之间，故其在水平方向和竖直方向都能起到减震效果。

在水平方向，黏滞阻尼器3作为位移控制装置可以通过配备合理的阻尼比来有效控制LNG储液罐隔震层21本身的水平变位，尤其是在软弱场地上，LNG储液罐隔震层21的隔震周期比在硬土场地上的要长，才能达到相同的隔震效果，故在软弱场地上，大震下LNG储液罐隔震层21容易发生过大水平变位，黏滞阻尼器3可以对大水平变位予以有效地控制。

在竖直方向，黏滞阻尼器3提供的附加阻尼还可以有效地削弱LNG储液罐隔震层21的竖向振动。竖向振动的削弱同时也有利于减小滑移支座1由于不锈钢面板8和聚四氟乙烯板9的不连续滑移所引起的水平向不稳定动力特性，从而可以保证竖向振动下水平向的隔震效果。

另外，隔震后的储液罐19的等效隔震周期相对接近储液的对流周期，在此较长的周期范围内，黏滞阻尼器3能够增加LNG储液罐隔震层21本身的附加阻尼比，从而有效地降低储液的对流作用，进而降低储液的晃动波高。等效隔震周期指的是储液罐19在采用本实施例提出的LNG储液罐隔震层21后的自振周期。通常储液的晃动周期较长，储液罐19采用隔震设计后其自振周期也将较长，当两者振动周期接近时，容易放大储液的晃动波高，从而导致储罐顶部构件的破坏，增设黏滞阻尼器3后，附加阻尼的增大将有助于降低其对流作用，进而降低储液的晃动波高。

本实施例中的LNG储液罐隔震层21的施工步骤如下：

第一步、在内环群桩和中环群桩之间浇筑中环(群)墙，中环(群)墙中反力墙4厚度和在土体中的埋置深度由黏滞阻尼器3出力大小确定，并且在反力墙4的顶面预埋反力墙顶预埋板17；

第二步、将叠层橡胶支座2通过反力墙顶预埋板17固定在反力墙4的顶部，然后将叠层橡胶支座2的橡胶支座上连接板15与预埋在下悬支墩13下底面上的支墩底预埋板14连接；

第三步、将采用定位装置固定成整体的滑移支座1通过滑移支座下预埋板11固定于各种桩基的顶面，然后将滑移支座1的滑移支座上连接板7与罐体底板5的滑移支座上预埋板6连接；

第四步，待罐体20施工完毕后拆除定位装置，分别在反力墙4和罐体底板5对应位置安装球铰支座18，并将黏滞阻尼器3通过球铰支座18连接于反力墙4和罐体底板5之间。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LNG储液罐隔震层，其特征在于：包括：多片反力墙、多个分别与储液罐的罐体底板下底面和桩基的顶面固定连接的滑移支座、多个分别与所述罐体底板的下底面和所述反力墙的顶面固定连接的叠层橡胶支座以及多根黏滞阻尼器，所述黏滞阻尼器的一端通过球铰支座铰接在所述反力墙的立面上，所述黏滞阻尼器的另一端通过球铰支座铰接在所述罐体底板的下底面上。

2.根据权利要求1所述的LNG储液罐隔震层，其特征在于：所述黏滞阻尼器的长轴与所述罐体底板的下底面的夹角为15°～20°。

3.根据权利要求1所述的LNG储液罐隔震层，其特征在于：每个所述黏滞阻尼器的长轴在所述罐体底板的垂直投影线均经过所述罐体底板的垂直投影中心。

4.根据权利要求1所述的LNG储液罐隔震层，其特征在于：所述多片反力墙露出地面的部分排列成圆周并且在所述圆周的周向上延伸，所述多片反力墙埋入地面的部分连接成多段圆弧或一个完整的圆周。

5.根据权利要求1所述的LNG储液罐隔震层，其特征在于：所述滑移支座包括自上而下依次设置的滑移支座上连接板、不锈钢面板、在所述不锈钢面板上滑移的聚四氟乙烯板和带有弹性体的下连接板，所述滑移支座上连接板连接到所述罐底板的下底面，所述带有弹性体的下连接板连接到桩基的顶面。

6.根据权利要求1所述的LNG储液罐隔震层，其特征在于：所述叠层橡胶支座包括自上而下依次设置的橡胶支座上连接板、橡胶支座中间夹层和橡胶支座下连接板，所述橡胶支座上连接板连接于所述罐体底板的下悬支墩，所述橡胶支座下连接板连接于所述反力墙的顶面上。