立式圆柱形钢储罐通常由圆柱壳、顶盖和底板组成,广泛应用于固体和液体的存储。根据顶盖对罐体的约束作用,储罐可分为浮项罐和固顶罐两类。建造在软土地基上的大型钢储罐经常会产生各种沉降变形,其中罐周不均匀沉降对结构的影响最为不利,是导致实际储罐工程事故的主要原因。 以往对钢储罐在不均匀沉降下受力性能的研究大多基于谐波沉降,通过谐波沉降解的叠加得到实际沉降下的结果,但简单的叠加对于高度非线性的薄壁壳体结构显然是不合适的。因此研究储罐在实际不均匀沉降下的非线性响应十分必要。 本文收集整理了8个储罐沉降变形的实测数据,并利用傅立叶分解分析罐周不均匀沉降的组成与特点。分析表明,储罐结构的实际沉降总体上可分为整体不均匀沉降和局部不均匀沉降两类。 通过非线性有限元分析系统考察了浮顶罐和固顶罐在上述两类不均匀沉降下的结构性能。研究表明两类储罐均对不均匀沉降十分敏感。整体不均匀沉降下的浮项罐,罐顶环梁的局部屈曲表现出稳定的后屈曲性能,结构最终因罐壁壳体整体失稳而破坏。局部不均匀沉降下的浮顶罐,当局部化程度较高时,罐壁出现局部跳跃屈曲,但设计时仍可利用其稳定的后屈曲性能。固顶罐在不均匀沉降下的结构响应与沉降分布特性有关,分别表现为罐壁剪切屈曲或罐底局部象脚屈曲。总体而言,不均匀沉降对固顶罐的影响比浮顶罐更严重。 本文还考虑了周向轴对称分布的焊缝凹陷对实测不均匀沉降下钢储罐受力性能的影响。研究表明焊缝凹陷的影响可以近似为环梁的作用,焊缝凹陷在承受周向弯曲的同时也会阻止不均匀沉降的往上传递,导致罐底轴向压应力增大、罐顶径向位移的减小,并对储罐的失稳状态产生一定影响。 储罐在不均匀沉降作用下会产生变形,本文引入此变形作为初始几何缺陷,进一步分析轴压作用下浮顶罐的受力性能。研究表明,轴压下的浮顶罐对这类沉降变形缺陷十分敏感。 变壁厚储罐通过有效利用自身刚度可使储罐设计更经济合理。本文对变壁厚浮顶罐进行了罐周谐波沉降下的线性分析,讨论主要几何参数对储罐结构变形、应力的影响,并与谐波沉降下等壁厚储罐的受力性能进行比较分析。