去关于储罐设计中的地震参数

　　摘要： 地震参数的选取和计算是LNG储罐结构分析中非常重要的环节，而国内抗震设计规范中没有针对大型LNG储罐的地震参数选取的相关计算方法和内容。本文结合LNG储罐设计常用的几种国际标准，对储罐的地震设计参数的计算和选取给出建议和参考的计算方法。
　　关键词： LNG储罐，地震参数选取，地震加速度计算
　　1 工程概况
　　随着我国能源结构的优化和环保意识的不断加强，LNG将在我国的能源供应中扮演越来越重要的角色。到目前为止，三大石油公司相继已经在广东、福建、上海、江苏、大连建成了若干LNG接收站，并陆续投入商业运营。这些项目先后采用欧洲、美国、日本的建造技术，LNG储罐更是完全由国外承包商建设，材料和设备也基本上都由国外进口。
　　LNG储罐具有投资大、结构复杂、体积大、质量大、安全性要求高等特点，而对于LNG储罐结构设计的关键和难点则在于其抗（减）震的设计，目前却均掌握在国外少数公司和机构的手中，这不仅大大增加了建设成本，而且直接影响了国家能源安全。本文主要结合国际上LNG规范的要求，对LNG储罐的抗震设计参数的选取给出了几点建议。
　　2设计标准和规范
　　国内没有针对LNG储罐的设计标准，目前均采用的是欧美标准和规范，主要如下：
　　3地震参数计算
　　3.1基本定义
　　(1)操作基准地震（OBE）
　　操作基准地震是指设施在其设计寿命期内可承受的可能发生的地震。按照常规工程程序和标准，设施所有元件应设计成能承受这一事件，在此条件下，设备将保持正常运行。OBE由地震动反应谱来标识，在任意周期T，等于MCE地震动加速度反应谱的2/3。此处MCE为最大概率地震（MCE）（Probabilisticmaximumconsideredearthquake）。
　　（2）安全停运地震（SSE）
　　安全停运地震是在设施所在地罕见的强烈地震。在该紧急事件，设施设计保存LNG并防止关键设施出现灾难性故障。常规条件下通常未考虑的塑性变形、明显的有限位移及变形，都可能在此时出现。设施不要求在SSE后保持运行。在SSE后，需要对设施进行检查和必要时修理。
　　选择和使用SSE的目的是在非常低概率地震事件中，提供最低水准的公共安全。应该承认，为了实现可接受的公共安全要求的概率水准因项目而异，它取决于诸如设施所在位置和当地人口密度等因素。
　　（3）根据欧洲标准EN14620:2006，OBE为50年内超越概率为10%（平均重现间隔475年）的5%阻尼响应谱标示的运动，即地震重现期为475年。
　　SSE地面运动是50年内超越概率为1%（平均重现间隔为4975年）的5%阻尼响应谱表示的运动。即地震重现期为4975年。
　　3.2地震参数计算的一般过程
　　（1）根据业主提供的震评报告，参照相应的重现期（OBE和SSE）选取竖向（Verticalacceleration,简写AV）和水平加速度值（ImpulsiveComponentacceleration，简写Al）。
　　（2）选取的水平加速度值即为外罐基底处的地震加速度影响最大值，并据此计算内罐底部的加速度值。需要注意的是，此处有可能需要对OBE和SSE下的水平加速度最大值进行修正（即不大于2倍）和纵坐标和横坐标进行修正。LNG储罐在充有液体的状态下，地震作用下罐内液体亦具有水平对流加速度（ConvectiveComponentacceleration，简写Ac）
　　（3）利用程序，计算各个节点的加速度值。
　　3.3计算实例
　　此处针对地震参数的选取和计算，以某接收站项目LNG储罐为例，采用了国际上通用的计算方法进行计算，并对其计算结果进行了分析。
　　3.3.1某项目的地震基础数据
　　表1某LNG接收站项目工程场地设计地震动参数
　　地震动参数 Am(g) βm αm(g) T1(s) T2(s)
　　50年超越概率63% 0.027 2.8 0.076 0.1 0.35
　　50年超越概率10% 0.094 2.7 0.254 0.15 0.5
　　50年超越概率2% 0.164 2.7 0.443 0.2 0.65
　　100年超越概率10% 0.123 2.7 0.332 0.15 0.6
　　100年超越概率2% 0.215 2.6 0.559 0.2 0.7
　　100年超越概率1% 0.245 2.6 0.637 0.2 0.75
　　
　　3.3.2地震参数的计算
　　(1)水平冲击加速度值即为地面水平加速度值。
　　（2）竖向加速度值计算：依据国标GB50011-2010之5.3.1Av=0.65*Al，EN14620要求反应谱纵坐标值不得小于横坐标值的50%。
　　(3)水平对流加速度计算：
　　计算公式见规范(A.36)ofEN1998-4:2006.
　　Tcon=CixR1/2
　　式中R:内罐半径(m).
　　
　　Ci：通过下表（EN1998-4:2006）H/R可以得出。
　　
　　HL/R Ci HL/R Ci
　　
　　0.3 2.09 1.5 1.48
　　0.5 1.74 2.0 1.48
　　0.7 1.60 2.5 1.48
　　1.0 1.52 3.0 1.48
　　
　　计算结果如下:
　　 Cc R
　　(m) Tcon
　　(s)
　　水平对流作用 1.56 40.000 9.866
　　计算储罐的周期约为9.866s，而震评报告中反应谱（参见以上基础数据）只到6s。因此按照ASCE（TheAmericanSocietyofCivilEngineers，美国土木工程师学会）中推荐的放大系数，对6s-10s内的OBE和SSE下对应的反应谱进行拟合。
　　ASCE中的放大系数
　　
　　拟合后的OBE曲线
　　
　　拟合后的SSE曲线
　　
　　 按照前述拟合的曲线，对水平加速度值进行了读取。按照前述的放大系数进行了计算。
　　（4）最终的计算结果如下
　　加速度 Al Ac Av
　　SSE 0.508 0.0263 0.330
　　OBE 0.254 0.0070 0.165
　　阻尼比（SSE） 5.0 0.5 5.0
　　阻尼比(OBE) 5.0 0.5 5.0
　　备注：Al=ImpulsiveComponent（冲击加速度）Ac=ConvectiveComponent（对流加速度）Av=VerticalAcceleration（竖向加速度）
　　4结论
　　（1）LNG储罐按照5000年一遇的地震进行设计，国内设计规范满足不了其设计要求，因此按照EN14620的要求进行计算，同时需对地震评价报告中的反应谱曲线进行拟合处理，利用ASCE协会推荐的公式进行了修正，进而根据曲线得出了对应的影响系数，然后利用文献对数据进行了修正（乘系数）得到最终的对流加速度值。
　　（2）EN14620中对于OBE和SSE下水平加速度的阻尼系数规定为5%，但对于水平对流加速度计算时候所采取的阻尼系数限制为25%以下，因此阻尼系数选取的不同会导致计算结果有所差异。因此各家承包商根据自己的经验，在不违反所采用的规范体系的前提下进行地震设计，笔者认为这些结果均是可以接受的。
　　（3）建议今后的LNG项目在进行地震评价时可以将反应谱标定的周期延长到10s，以更好的满足设计要求。
　　参考文献：
　　4 GB50011-2010建筑抗震设计规范

《去关于储罐设计中的地震参数》

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