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某大型LNG儲罐預(yù)應(yīng)力施工模擬分析

文檔作者：李振寶１，林樹潮１，王冬雁２，謝利紅３，吳樹勤３，韋永斌２，廖　娟２（文檔來源：１．北京工業(yè)大學(xué)工程抗震與結(jié)構(gòu)診治北京市重點實驗室２．中國建筑股份有限公司技術(shù)中心３．中建電力建設(shè)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月25日
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２０１４ 年１１ 月上
第４３ 卷　第２１ 期
施　工　技　術(shù)
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 　４９
ＤＯＩ：１０?? ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１４２１００４９
某大型ＬＮＧ 儲罐預(yù)應(yīng)力施工模擬分析?
李振寶１，林樹潮１，王冬雁２，謝利紅３，吳樹勤３，韋永斌２，廖　娟２
（１． 北京工業(yè)大學(xué)工程抗震與結(jié)構(gòu)診治北京市重點實驗室，北京　１００１２４； ２． 中國建筑股份有限公司技術(shù)中心，
北京?。保埃保常埃埃?３． 中建電力建設(shè)有限公司，廣東　深圳?。担保福埃常矗?
［摘要］ 儲罐外罐是確保ＬＮＧ 儲罐安全的關(guān)鍵設(shè)施，預(yù)應(yīng)力筋施工過程是建立結(jié)構(gòu)受力體系的重要環(huán)節(jié)，研究其建
立過程對ＬＮＧ 儲罐具有重要意義。以某大型ＬＮＧ 儲罐為背景，選用大型通用有限元軟件ＡＮＳＹＳ 建立有限元實體
模型，分析了ＬＮＧ 儲罐在預(yù)應(yīng)力筋施工過程中罐體的變形、應(yīng)力狀態(tài)以及預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力狀態(tài)，驗證了ＬＮＧ 儲罐罐
體在預(yù)應(yīng)力施工過程中受力性能良好并在控制范圍內(nèi)。
［關(guān)鍵詞］ ＬＮＧ 儲罐；預(yù)應(yīng)力；施工技術(shù)；有限元分析
［中圖分類號］ ＴＵ３５９ ［文獻標識碼］ Ａ　　　?。畚恼戮幪枺?１００２?８４９８（２０１４）２１?００４９?０５
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｓｏｍｅ Ｌａｒｇｅ ＬＮＧ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｔａｎｋ
Ｌｉ Ｚｈｅｎｂａｏ１， Ｌｉｎ Ｓｈｕｃｈａｏ１， Ｗａｎｇ Ｄｏｎｇｙａｎ２， Ｘｉｅ Ｌｉｈｏｎｇ３， Ｗｕ Ｓｈｕｑｉｎ３，
Ｗｅｉ Ｙｏｎｇｂｉｎ２，Ｌｉａｏ Ｊｕａｎ２
（１． Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｒｅｔｒｏｆｉｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｂｅｉｊｉｎｇ?。保埃埃保玻?， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｃｈｉｎａ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ． ，Ｌｔｄ． Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｂｅｉｊｉｎｇ?。保埃保常埃埃?Ｃｈｉｎａ；
３． Ｃｈｉｎａ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５１８０３４， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｔａｎｋ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆａｃｉｌｉｔｙ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ＬＮＧ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ， ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ
ｔｅｎｄｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｆｏｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｏｍｅ ＬＮＧ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｈｏｏｓｅｓ ａ
ｌａｒｇｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌ， ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅ， ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｅｎｄｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｅｓ ｇｏｏｄ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｕｒｉｎｇ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｅｎｄｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＮＧ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ； ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ； ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ； ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
? 中建二局有限公司科技研發(fā)課題（ＣＳＣＥＣ２Ｂ?２０１１?Ｋ?０２） ［作者簡介］ 李振寶，博士生導(dǎo)師，教授，Ｅ?ｍａｉｌ：ｌｉｚｂ＠ ｂｊｕｔ． ｅｄｕ． ｃｎ ［收稿日期］ ２０１３?１０?１４
　?。蹋危?儲罐的外罐受力性能與施加的預(yù)應(yīng)力有
關(guān)，國內(nèi)外學(xué)者對外罐的優(yōu)化分析做了很多工作。
李志明等［１］ 分析了環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋豎向間距對內(nèi)罐
泄露情況下外罐的受力性能和變形形態(tài)的影響。
Ｍｅｉｎｅｎ Ｅ［２］ 分析了外罐與樁基間隔震支座對罐體的
受力性能的影響。程旭東等［３］ 進行了大型ＬＮＧ 儲
罐預(yù)應(yīng)力混凝土外罐應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。李文
等［４］ 分析了ＬＮＧ 儲罐混凝土外罐環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋的
張拉順序，對比了混凝土最大Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力和頂點豎
向位移，得出自上向下預(yù)應(yīng)力筋施工方案優(yōu)于自下
向上預(yù)應(yīng)力筋施工方案。張云峰等［５］ 研究了ＬＮＧ
儲罐混凝土外罐豎向預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序，對比了
混凝土最大Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力和頂點豎向位移。
綜上所述，目前國內(nèi)外學(xué)者對儲罐外罐的優(yōu)化
研究主要集中于罐體尺寸、預(yù)應(yīng)力筋布置、隔震支
座以及環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋或豎向預(yù)應(yīng)力筋施工順序，缺
乏環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋、豎向預(yù)應(yīng)力筋與穹頂混凝土交叉
施工對儲罐罐體受力性能的影響，對實際工程的預(yù)
應(yīng)力筋施工方案的研究更少。鑒于此，本文針對某
大型ＬＮＧ 儲罐外罐預(yù)應(yīng)力筋施工方案進行了模擬
分析，確認了環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋、豎向預(yù)應(yīng)力筋和混凝
土交叉施工對罐體應(yīng)力、變形以及預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力的
影響，為ＬＮＧ 儲罐預(yù)應(yīng)力筋施工技術(shù)的改進提供理
論依據(jù)。
１　儲罐結(jié)構(gòu)參數(shù)
該ＬＮＧ 儲罐外罐剖面如圖１ 所示，承臺底板位
于－１?? ２００ ～ ±０?? ０００ｍ，半徑０ ～３６?? ８ｍ 范圍內(nèi)厚度
為０?? ９ｍ，半徑３７?? ７ ～４３?? ７ｍ 范圍內(nèi)厚度為１?? ２ｍ，半
徑３６?? ８ ～３７?? ７ｍ 范圍內(nèi)的厚度為線性過渡段。±
　５０ 施工技術(shù) 第４３ 卷
０?? ０００ 以上區(qū)域為外罐主體部分，筒體內(nèi)側(cè)半徑為
４１ｍ，壁厚為０?? ８ｍ，儲罐穹頂球半徑為８２ｍ，厚度為
０?? ４ｍ，外罐混凝土強度等級為Ｃ５０。該ＬＮＧ 儲罐的
４ 個扶壁柱的環(huán)向角度分別為４５°， １３５°，
２２５°，３１５°。
圖１　儲罐剖面示意
Ｆｉｇ． １?。校颍铮妫椋欤?ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ
預(yù)應(yīng)力筋系統(tǒng)由環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋和豎向預(yù)應(yīng)力
筋構(gòu)成（見圖２），其中豎向預(yù)應(yīng)力筋９６ 根，大致均
勻分布于半徑為４１?? ４ｍ 的圓周上；環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋
１０３ 根，包絡(luò)角為１８０°，同一高度圍成一圈的２ 根環(huán)
向預(yù)應(yīng)力筋分為Ａ 筋和Ｂ 筋，承臺底板環(huán)向預(yù)應(yīng)力
筋８ 根，半徑為４３?? ３２５ｍ，筒身環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋９５ 根，
半徑為４１?? ５４５ｍ，１?? ６９６ ～ ７?? ０８３ｍ 標高范圍內(nèi)環(huán)向
預(yù)應(yīng)力筋間距約為０?? ２ｍ，隨著高度增加，其間距增
至０?? ６ｍ 左右，環(huán)梁區(qū)域的環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距為
０?? ２ｍ。環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋的控制應(yīng)力為０?? ８０ｆｐｙｋ，豎向
預(yù)應(yīng)力筋的控制應(yīng)力為０?? ７５ｆｐｙｋ，其中，ｆｐｙｋ為預(yù)應(yīng)力
筋強度標準值。
圖２　儲罐預(yù)應(yīng)力筋體系
Ｆｉｇ． ２　Ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｅｎｄｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
２　有限元模型
２?? １　預(yù)應(yīng)力模擬和施加方法
預(yù)應(yīng)力筋單元選用ＡＮＳＹＳ 中Ｌｉｎｋ８ 單元，預(yù)應(yīng)
力模擬方法選用降溫法，描述預(yù)應(yīng)力筋不同位置的
應(yīng)力分布，模擬預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力施加
方法選用約束方程法［６］ ，可通過ＣＥＩＮＴＦ 命令在混
凝土節(jié)點和預(yù)應(yīng)力筋節(jié)點之間建立約束方程，該方
法對混凝土網(wǎng)格密度要求不高，計算效率較高，受
力狀態(tài)比較符合實際情況。ＡＮＳＹＳ 命令ＮＲＯＴＡＴ
將處于筒身和承臺底板區(qū)域的預(yù)應(yīng)力筋節(jié)點轉(zhuǎn)換
到柱坐標系下，不建立沿著預(yù)應(yīng)力筋方向約束方
程，可真實地模擬預(yù)應(yīng)力筋受力狀態(tài)。
２?? ２　混凝土
該ＬＮＧ 儲罐混凝土有限元模型選用Ｓｏｌｉｄ６５ 單
元整體式配筋［７］ ，通過命令ＥＭＯＤＩＦ 將承臺底板和
筒身混凝土單元坐標系轉(zhuǎn)換為柱坐標系，將穹頂混
凝土單元坐標系轉(zhuǎn)換為球坐標系，對單元坐標系３
個方向的含筋情況分別按照實際配筋率進行定義。
為準確模擬混凝土與預(yù)應(yīng)力筋間相互作用，并
防止出現(xiàn)約束方程過約束情況，嚴格控制混凝土網(wǎng)
格劃分，罐體徑向劃分為４ 份，依據(jù)豎向預(yù)應(yīng)力筋的
數(shù)目，環(huán)向劃分為１８０ 份，豎向網(wǎng)格尺寸控制與網(wǎng)格
之間至多１ 束環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋。
為了避免預(yù)應(yīng)力筋錨固區(qū)域混凝土因受力過
大而影響計算結(jié)果，同時考慮方便建立有限元模
型，用命令ＥＭＯＤＩＦ 將混凝土單元改為Ｓｏｌｉｄ４５
單元。
２?? ３　鋼襯里與角鋼
鋼襯里緊貼于儲罐外罐混凝土，不發(fā)生分離，
鋼襯里采用Ｓｈｅｌｌ１８１ 單元模擬，鋼襯里網(wǎng)格劃分依
賴于內(nèi)殼混凝土網(wǎng)格，Ｓｈｅｌｌ１８１ 與Ｓｏｌｉｄ６５ 共用節(jié)
點。型鋼用于支撐穹頂鋼襯里，采用Ｂｅａｍ１８８ 單元
模擬，用ＣＥＲＩＧ 命令在型鋼與鋼襯里間建立剛性
區(qū)域。
３　預(yù)應(yīng)力筋施工方案
該ＬＮＧ 儲罐首先澆筑承臺底板和筒身混凝土，
在環(huán)梁區(qū)域混凝土澆筑完后，開始張拉承臺底板預(yù)
應(yīng)力筋，之后，筒身預(yù)應(yīng)力筋張拉與穹頂混凝土澆
筑交互進行。
具體施工方案如表１ 所示。表１ 中，Ｃｔ 為混凝
土施工；Ｔｄ 為預(yù)應(yīng)力筋施工；Ｒｉｂ 為扶壁柱；ｐｈ?ｉ?ｊ 為
第ｉ 預(yù)應(yīng)力筋施工階段第ｊ 分階段（ｉ，ｊ ＝ １，２，…）；
ｖｖＴｄ 為豎向預(yù)應(yīng)力筋；ｈｈＴｄ 為環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋；ＳｂＴｄ
為承臺底板處環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋；Ｄｍ?ｉ 為第ｉ 穹頂混凝
土施工階段（ｉ ＝ １，２，…）。穹頂混凝土各澆筑段如
圖３ 所示，環(huán)梁附近區(qū)域Ⅰ中環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋沿高度
分布如圖４ 所示，方括號前數(shù)字為預(yù)應(yīng)力筋編號，方
括號內(nèi)數(shù)字為預(yù)應(yīng)力筋施工階段。
筒身豎向預(yù)應(yīng)力筋和環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋張拉與穹
頂混凝土澆筑交互順序如下：①ｐｈ?２ 張拉環(huán)梁區(qū)域
環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋，其位置和編號如圖４ 所示；②澆筑
Ｄｍ?１ 的混凝土，其位置如圖３ 所示；③ｐｈ?３ 的豎向
預(yù)應(yīng)力筋為除了結(jié)構(gòu)洞口外的９２ 根豎向預(yù)應(yīng)力筋，
采用隔一取一兩階段張拉法；④澆筑Ｄｍ?２ 的混凝
土；⑤ｐｈ?４ 張拉環(huán)梁區(qū)域環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋；⑥先激活
型鋼與鋼襯里，再澆筑Ｄｍ?３ 至Ｄｍ?６ 的混凝土；
２０１４ Ｎｏ． ２１ 李振寶等：某大型 ＬＮＧ 儲罐預(yù)應(yīng)力施工模擬分析 ?。担?
　　　表１　預(yù)應(yīng)力筋施工方案
Ｔａｂｌｅ １?。裕瑁?ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｅｎｄｏｎｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ
荷載步Ｃｔ ／ Ｔｄ 根數(shù)Ｒｉｂ
（１ ＋０?? ０） 混凝土筒身
（１ ＋１?? ０） ＳｂＴｄ ｐｈ?１ ８
（１ ＋２?? ０） ｈｈＴｄ ｐｈ?２ ４
（２ ＋２?? ０） 混凝土Ｄｍ?１
（２ ＋２?? ５） ｖｖＴｄ ｐｈ?３?１ ４６
（２ ＋３?? ０） ｖｖＴｄ ｐｈ?３?２ ４６
（３ ＋３?? ０） 混凝土Ｄｍ?２
（３ ＋４?? ０） ｈｈＴｄ ｐｈ?４ ８
（４ ＋４?? ０） 混凝土Ｄｍ?３ 至Ｄｍ?６
（４ ＋４?? ５） ｈｈＴｄ ｐｈ?５?１ ７０ １／３
（４ ＋５?? ０） ｈｈＴｄ ｐｈ?５?２ ７０ ２／４
（４ ＋６?? ０） ｈｈＴｄ ｐｈ?６ ８
（４ ＋７?? ０） ｖｖＴｄ ｐｈ?７ ４
（４ ＋７?? ５） ｈｈＴｄ ｐｈ?８?１ １６ １／３
（４ ＋８?? ０） ｈｈＴｄ ｐｈ?８?２ １４ ２／４
圖３　穹頂混凝土施工階段
Ｆｉｇ． ３　Ｄｏｍｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ
圖４　區(qū)域Ⅰ中環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋分布
Ｆｉｇ． ４?。模椋螅簦颍椋猓酰簦椋铮?ｏｆ ｈｏｏｐ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ
ｔｅｎｄｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ Ⅰ
⑦ｐｈ?５ 的環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋位于４?? ７０７ ～３６?? ５１３ｍ 標高
范圍內(nèi)，采用隔一取一兩階段張拉法；⑧ｐｈ?６ 張拉
環(huán)梁區(qū)域環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋；⑧ｐｈ?７ 張拉結(jié)構(gòu)洞口處４
根豎向預(yù)應(yīng)力筋；⑩ｐｈ?８ 環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋位于１?? ６９６
～４?? ５０９ｍ 標高范圍內(nèi)，采用隔一取一兩階段張拉
法。預(yù)應(yīng)力筋與混凝土交叉施工方案的各施工階
段與ＡＮＳＹＳ 荷載時間步一一對應(yīng)。采用生死單元
技術(shù)，逐步激活相應(yīng)施工階段的預(yù)應(yīng)力筋單元或混
凝土單元。
４　預(yù)應(yīng)力筋施工時罐體受力性能
４?? １　預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力分析
４?? １?? １　承臺底板環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋
承臺底板區(qū)域環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋控制應(yīng)力為
１ ４８８ＭＰａ，承臺底板徑向剛度較大，承臺底板環(huán)向
預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力平均值為１ ４８６ＭＰａ，預(yù)應(yīng)力損失僅為
０?? １３％，可以看出，徑向剛度決定環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)
力損失。
４?? １?? ２　筒身豎向預(yù)應(yīng)力筋
各施工階段豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力值如圖５ 所示，
豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力最?。ㄗ畲蟆⑵骄┲禐樵擃A(yù)應(yīng)力
筋施工階段所有激活的豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力最?。ㄗ?
大、平均）值。所有激活的豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力值變
化幅度較小，豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力值比較穩(wěn)定。ｐｈ?５
和ｐｈ?８ 張拉筒身絕大部分環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋，引起筒身
混凝土豎向位移增大，而豎向預(yù)應(yīng)力筋限制其豎向
位移，豎向預(yù)應(yīng)力筋被超張拉。預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢
后豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力平均值為１ ４００ＭＰａ，其中豎向
預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力最大值為１ ４０３ＭＰａ，位于扶壁柱附近
區(qū)域，超張拉０?? ５７％，最小值為１ ３９６ＭＰａ。
圖５　各施工階段豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力值
Ｆｉｇ． ５　Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｅｎｄｏｎ ｓｔｒｅｓｓ
ｉｎ ｅａｃｈ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ
４?? １?? ３　筒身環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋
各施工階段環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力值如圖６ 所示，
環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力最?。ㄗ畲蟆⑵骄┲禐樵擃A(yù)應(yīng)力
筋施工階段所有激活的環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力最?。ㄗ?
大、平均）值。所有激活的豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力最大
值趨于常值，ｐｈ?５ 張拉筒身環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋，引起鄰
近區(qū)域環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力值急劇降低，導(dǎo)致環(huán)向預(yù)
應(yīng)力筋應(yīng)力平均值減小。預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后環(huán)
向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力平均值為１ ４４６ＭＰａ，其中環(huán)向預(yù)應(yīng)
力筋應(yīng)力最大值為１ ４８０ＭＰａ，２２ 根環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)
力損失超過瞬時損失，即為控制應(yīng)力水平的３％，位
于內(nèi)凹最小值附近，環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力最小值為
１ ３９５ＭＰａ，應(yīng)力損失為６?? ２５％。
４?? ２　混凝土應(yīng)力分析
４?? ２?? １　筒身混凝土等效Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力
各施工階段筒身混凝土Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力極大值如圖
７ 所示，ｐｈ?５ 張拉筒身中上部環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋時，混凝
土Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力最大值由８?? ５７ＭＰａ 至１９?? ０８ＭＰａ，ｐｈ?８
張拉筒身下部環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋，混凝土Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力最
大值增至３０?? ５５ＭＰａ，位于扶壁柱與內(nèi)凹最小值交接
處（見圖８），可以看出筒身環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋對混凝土
?。担?施工技術(shù) 第４３ 卷
圖６　各施工階段環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力值
Ｆｉｇ． ６　Ａｖｅｒａｇｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｅｎｄｏｎ ｓｔｒｅｓｓ
ｉｎ ｅａｃｈ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ
Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力最大值影響較大，筒身混凝土Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力
最大值小于混凝土抗壓強度標準值，說明筒身混凝
土處于彈性狀態(tài)。
圖７　各施工階段Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力極大值
Ｆｉｇ． ７?。停幔椋恚酰?Ｍｉｓｅｓ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｅａｃｈ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ
圖８　ｐｈ?８?２ 混凝土Ｍｉｓｅｓ 應(yīng)力云圖
Ｆｉｇ． ８?。茫铮睿悖颍澹簦?Ｍｉｓｅｓ ｓｔｒｅｓｓ ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ａｔ ｐｈ?８?２
４?? ２?? ２　筒身混凝土豎向應(yīng)力
ｐｈ?８?２ 混凝土豎向應(yīng)力云圖如圖９ 所示，筒身
中上部環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋沿著高度方向間距處于４００ ～
６００ｍｍ 范圍內(nèi)，對混凝土豎向應(yīng)力影響較小，混凝
土豎向應(yīng)力約為－２ＭＰａ，與豎向預(yù)應(yīng)力筋在筒身混
凝土中產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力接近。
４?? ２?? ３　筒身混凝土環(huán)向應(yīng)力
ｐｈ?８?２ 混凝土環(huán)向應(yīng)力云圖如圖１０ 所示，在
６?? ８８０ｍ 高度，內(nèi)凹值達到極值，筒身混凝土環(huán)向應(yīng)
力約為－２０ＭＰａ，與環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋在筒身混凝土中
產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力接近。
由預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力和筒身混凝土應(yīng)力分析可知，
本文建立的計算模型和取用的參數(shù)能夠較好地描
述ＬＮＧ 儲罐罐體在預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中的受力
圖９?。穑?８?２ 混凝土豎向應(yīng)力云圖
Ｆｉｇ． ９?。茫铮睿悖颍澹簦?ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ａｔ ｐｈ?８?２
圖１０?。穑?８?２ 混凝土環(huán)向應(yīng)力云圖
Ｆｉｇ． １０　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｈｏｏｐ ｓｔｒｅｓｓ ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ａｔ ｐｈ?８?２
狀態(tài)。
４?? ３　頂點豎向位移
各施工階段頂點豎向位移如圖１１ 所示，施加
ｐｈ?２，ｐｈ?４ 和ｐｈ?６ 的環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋，導(dǎo)致穹頂環(huán)梁
徑向位移減小，該區(qū)域混凝土處于受壓狀態(tài)，穹頂
頂點位移上升，分別為－ ０?? ４２ ～ ３?? １４ｍｍ， － １?? ５１ ～
２?? ２０ｍｍ， －３?? １９ ～６?? ４７ｍｍ，使得罐體穹頂形成拱效
應(yīng)，預(yù)應(yīng)力筋提供足夠的徑向推力［８］ 。
圖１１　各施工階段頂點豎向位移
Ｆｉｇ． １１?。郑澹颍簦澹?ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
ｉｎ ｅａｃｈ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ
４?? ４　筒身徑向位移分析
環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋階段ｐｈ?５，ｐｈ?８ 的筒身徑向位移
如圖１２ 所示，通過對環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋施工階段分析，
ｐｈ?５ 和ｐｈ?８ 張拉筒身絕大部分環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋，導(dǎo)致
筒身發(fā)生內(nèi)凹現(xiàn)象，ｐｈ?５?１，ｐｈ?５?２，ｐｈ?８?１ 和ｐｈ?８?２
內(nèi)凹極值分別為－ ７?? ６９， － １６?? １５， － １８?? ２０，
－２０?? ６２ｍｍ，對應(yīng)位置的高度分別為１０?? １６０，９?? ３７０，
７?? ８１０，６?? ８６０ｍ，可以看出，隨著各施工階段預(yù)應(yīng)力
筋合力點的位置下移，內(nèi)凹極值點對應(yīng)的高度下移。
預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，下部筒身受承臺底板約
束作用，內(nèi)凹不明顯，隨著高度升高，內(nèi)凹值迅速減
２０１４ Ｎｏ． ２１ 李振寶等：某大型 ＬＮＧ 儲罐預(yù)應(yīng)力施工模擬分析 ?。担?
圖１２?。穑?５，ｐｈ?８ 時的筒身徑向位移
Ｆｉｇ． １２　Ｒａｄｉａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｔ ｐｈ?５ ａｎｄ ｐｈ?８
?。郏梗?，在６?? ８８０ｍ 高度，內(nèi)凹值達到－ ２０?? ６２ｍｍ，隨
后，內(nèi)凹值逐漸增大，上部筒身受環(huán)梁和鋼箍的影
響較大，內(nèi)凹徑向位移迅速增大。
綜上所述，從預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力值、混凝土應(yīng)力
值、頂點豎向位移和筒身徑向位移分析，該ＬＮＧ 儲
罐在預(yù)應(yīng)力筋施工過程中的受力性能良好并在控
制范圍內(nèi)。
５　結(jié)語
本文針對某大型ＬＮＧ 儲罐外罐預(yù)應(yīng)力筋施工方
案首次進行了環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋、豎向預(yù)應(yīng)力筋與穹頂混
凝土交叉施工的有限元分析，主要研究結(jié)論如下。
１）從預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力值、混凝土應(yīng)力值，頂點
豎向位移和筒身徑向位移方面分析，該ＬＮＧ 儲罐在
預(yù)應(yīng)力筋施工過程中的受力性能良好并在控制范
　　　
圍內(nèi)。
２）環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋、豎向預(yù)應(yīng)力筋與穹頂混凝土
交叉影響顯著：張拉筒身環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋時，易引起
鄰近區(qū)域環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力值降低；張拉筒身環(huán)向
預(yù)應(yīng)力筋完畢后，引起豎向預(yù)應(yīng)力筋超張拉；必須
先張拉環(huán)梁區(qū)域一定數(shù)量的環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋，提供足
夠的徑向水平推力，方可澆筑Ｄｍ?３ 至Ｄｍ?６ 的混
凝土。
參考文獻：
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響應(yīng)分析［Ｊ］． 世界地震工程， ２０１２， ２８（１）： ２１?２５．
全生命周期工業(yè)化住宅上海面世
　　寶業(yè)集團上海建筑工業(yè)化示范項目（寶業(yè)萬華
城２３ 號樓）位于浦東惠南鎮(zhèn)，該示范工程積極響應(yīng)
國務(wù)院下發(fā)的綠色建筑行動方案要求，以推動疊合
板式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑發(fā)展、制定
相關(guān)行業(yè)標準為目標，探索上海地區(qū)裝配式住宅建
造新模式。
項目創(chuàng)新性地采用大開間設(shè)計手法，通過結(jié)構(gòu)
優(yōu)化將剪力墻全部布置在建筑外圍，內(nèi)部空間無任
何剪力墻與結(jié)構(gòu)柱，用戶可根據(jù)不同需求對室內(nèi)空
間進行靈活分割。整個項目流程以ＢＩＭ 信息化技
術(shù)為平臺，通過模型數(shù)據(jù)的無縫傳遞，鏈接設(shè)計與
制造環(huán)節(jié)，提高質(zhì)量和效率。同時結(jié)合環(huán)境性能分
析軟件，對建筑物周圍環(huán)境進行綜合考慮，為用戶
提供舒適的居住環(huán)境。
裝配式建筑的核心是“集成”，信息化是“集
成”的主線，通過信息化技術(shù)的運用，實現(xiàn)工業(yè)化
建筑的全生命周期建筑設(shè)計。從方案到施工圖、
構(gòu)建深化設(shè)計圖紙、工廠制作和運輸、現(xiàn)場裝配的
全過程都可以通過專業(yè)的數(shù)字化平臺實現(xiàn)過程
控制。
在該示范樓的設(shè)計中，確立了基于全生命周期
的可變房型建筑設(shè)計方法。通過戶型平面調(diào)整，除
外圍護墻體以及固定的設(shè)備管井，內(nèi)部所有墻體均
可調(diào)整位置，保證使用者有較大的自由可變空間。
通過可變房型的設(shè)計，對適老性住宅的空間進行針
對性的、合理的設(shè)計。
通過工業(yè)化設(shè)計和生產(chǎn)，實現(xiàn)了住宅性能化，
加快了建造速度，提高效率，有效進行控制成本，建
設(shè)適應(yīng)全生命周期的住宅建筑。有關(guān)人士表示，通
過本項目的示范，希望能夠推動工業(yè)化技術(shù)在住宅
項目中的大規(guī)模運用，促進住宅可變房型設(shè)計、標
準化設(shè)計，推進住宅產(chǎn)業(yè)化進程，從而實現(xiàn)可持續(xù)
發(fā)展的社會意義和價值。
據(jù)悉，該示范項目為上海地區(qū)第一個全產(chǎn)業(yè)鏈
裝配式建筑。
（摘自《中國建設(shè)報》２０１４?１０?２２）

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