大型LNG外罐收缩徐变特性分析

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目前,随着天然气使用量的增加,LNG储罐日益增多,由于LNG储罐具有特殊的结构形式及大型的体积尺寸,混凝土收缩徐变产生的影响较大,因此研究大型LNG储罐在各种荷载工况下收缩徐变所产生的内力重分布及裂缝发展区具有重要的意义。本文针对LNG储罐收缩徐变的分析主要进行了以下工作:  (1)基于ABAQUS二次开发模块,编写收缩徐变子程序以分析混凝土收缩徐变问题。选用CEB-FIP2010中的收缩徐变预测模型,采用FORTRAN语言编写基于应力历史的收缩徐变计算程序,结合ABAQUS自带的用户自定义程序USDFLD及UEXPAN,实现ABAQUS中混凝土结构收缩徐变的分析。  (2)对ABAQUS收缩徐变子程序进行理论验证。采用MIDAS/FEA软件自带的收缩徐变施工过程分析模块,对简单壳单元罐体进行不同龄期下的收缩徐变分析;采用有限单元法进行4单元6节点混凝土矩形板手算收缩徐变。分别将不同龄期下的应力、应变与ABAQUS子程序计算结果进行对比分析,初步验证子程序的可行性。  (3)进行收缩徐变试验验证,探求配筋对收缩徐变的影响。对不同配筋率混凝土梁进行200天龄期下的收缩徐变试验研究,针对不同龄期下的收缩应变、徐变系数进行分析,得到配筋对收缩徐变的影响。结果表明,高配筋能有效的抑制收缩徐变的产生;将试验数据与ABAQUS计算结果进行对比分析,验证了子程序进行收缩徐变分析的准确性。  (4)对LNG储罐外罐混凝土进行收缩徐变分析。以LNG储罐的实际工程出发,采用ABAQUS建立整体模型,分别分析考虑环向预应力、竖向预应力、重力+预应力三种情况下的收缩徐变特性;分析了不同预应力水平对收缩徐变的影响、应力随高度变化曲线及裂缝发展区域。结果表明,高预应力有效抑制拉应力的发展,应力水平与收缩徐变附加应力基本成正比。在外壁与底板接触及罐顶与外壁处容易出现竖向裂缝,在罐壁1/8~1/4高度区域易出现横向裂缝。为LNG储罐的设计、施工提供了一定的参考价值。  总结本文的研究成果,提出了对本课题进一步研究时需要解决的问题,并对本课题进行了展望。
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