葛慶子，翁大根，張瑞甫

(同濟(jì)大學(xué) 土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

隨著我國(guó)液化天然氣(LNG)需求量與進(jìn)口量逐年增加，沿海地區(qū)許多城市已陸續(xù)開(kāi)始采用特大型LNG接收站接收、儲(chǔ)存及供應(yīng)天然氣。液化天然氣儲(chǔ)罐類(lèi)設(shè)施屬于生命線(xiàn)工程，其安全性至關(guān)重要，一旦遭受非常規(guī)荷載如武器襲擊或飛行物撞擊等，災(zāi)難性后果不堪設(shè)想。隨著2001年美國(guó)“9.11”事件的爆發(fā)，世界各國(guó)對(duì)建筑物、構(gòu)筑物的抗爆研究日益加強(qiáng)，并針對(duì)不同類(lèi)別建(構(gòu))筑物的抗爆性能進(jìn)行研究［1］。

雖目前尚無(wú)液化天然氣儲(chǔ)罐被襲擊記錄，但類(lèi)似儲(chǔ)運(yùn)裝置遭受襲擊案例屢見(jiàn)不鮮［2］。如2005年英國(guó)發(fā)生的Buncefield油庫(kù)爆炸事件，造成T908號(hào)儲(chǔ)罐嚴(yán)重塑性破壞、T910號(hào)儲(chǔ)罐整體摧毀，由此暴露出儲(chǔ)液罐等殼體結(jié)構(gòu)脆弱的抗爆能力［3］。

液化天然氣運(yùn)營(yíng)主要由四層安全保障:罐體安全設(shè)計(jì)、泄露控制裝置、安全預(yù)警系統(tǒng)、接收站區(qū)域規(guī)劃。罐體安全設(shè)計(jì)為重中之重，尤其特大型LNG儲(chǔ)罐遭受常規(guī)武器襲擊或飛機(jī)撞擊等沖擊荷載作用，罐體安全性問(wèn)題有待研究［4-5］。

1 常規(guī)爆炸沖擊荷載研究

核武器爆炸沖擊荷載作用研究國(guó)外起步較早，國(guó)內(nèi)亦有較多研究成果可借鑒。核武器爆炸釋放能量巨大，引起地運(yùn)動(dòng)范圍亦巨大，一般工程局部場(chǎng)地震動(dòng)較均勻，因此工程設(shè)計(jì)中常取其為自由場(chǎng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。與核爆炸不同，常規(guī)武器等爆炸能量相對(duì)核爆炸小得多，引起的運(yùn)動(dòng)范圍也小，自由場(chǎng)運(yùn)動(dòng)不均勻，介質(zhì)與結(jié)構(gòu)相互作用效應(yīng)顯著，結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)較自由場(chǎng)小，工程設(shè)計(jì)不能再用自由場(chǎng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。常規(guī)武器爆炸傳播具有加速度峰值高、持時(shí)短、結(jié)構(gòu)材料性能受應(yīng)變速率影響大等特點(diǎn)［6］。目前，對(duì)常規(guī)爆炸沖擊荷載研究有三種方法:經(jīng)驗(yàn)法、半經(jīng)驗(yàn)法、數(shù)值模擬法。

1.1 經(jīng)驗(yàn)法

經(jīng)驗(yàn)法最早見(jiàn)于美國(guó)軍隊(duì)設(shè)計(jì)手冊(cè)［7-8］。文獻(xiàn)［7］側(cè)重爆炸荷載分析，文獻(xiàn)［8］側(cè)重常規(guī)武器襲擊分析。經(jīng)驗(yàn)法雖計(jì)算簡(jiǎn)單，但通常對(duì)某種試驗(yàn)結(jié)果歸一化，存在試驗(yàn)條件特殊、適用范圍較小等問(wèn)題，適用性、精度往往較差。

文獻(xiàn)［7］系統(tǒng)介紹爆炸荷載的估算、非線(xiàn)性動(dòng)力分析及常見(jiàn)建(構(gòu))筑物分析設(shè)計(jì)等方法。推薦估算爆炸荷載大小方法有:① 確定爆炸荷載TNT(三硝基甲苯)等效當(dāng)量W與距離目標(biāo)物體距離RG;② 用公式ZG=RG/W1/3確定計(jì)算等效距離ZG;③ 據(jù)ZG及經(jīng)驗(yàn)曲線(xiàn)確定最大荷載壓強(qiáng)Pr、反射脈沖ir、作用持時(shí)t0。

文獻(xiàn)［8］主要介紹遭受常規(guī)武器襲擊的防護(hù)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)過(guò)程，同樣適用于既有結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)過(guò)程為:① 將結(jié)構(gòu)受荷表面劃分為若干計(jì)算區(qū)域，估算每塊計(jì)算區(qū)域的壓強(qiáng)時(shí)程曲線(xiàn);② 計(jì)算所有區(qū)域的脈沖總和;③ 計(jì)算得出整體結(jié)構(gòu)表面荷載時(shí)程曲線(xiàn)。該過(guò)程方法不足在于將荷載同時(shí)作用于所有結(jié)構(gòu)表面，而真實(shí)結(jié)構(gòu)中沖擊波有行波效應(yīng)。因此會(huì)造成上述近點(diǎn)空中爆炸及表面接觸爆炸計(jì)算誤差增大。

1.2 半經(jīng)驗(yàn)法

Kingery等［9］在文獻(xiàn)［8］基礎(chǔ)上用半經(jīng)驗(yàn)法估算爆炸荷載大小，并考慮了荷載隨時(shí)間指數(shù)的遞減。因此該方法更接近真實(shí)情況，表達(dá)式為:

式中:P(t)為t時(shí)刻壓強(qiáng);Pso為壓強(qiáng)脈沖峰值;T0為絕對(duì)作用持時(shí);A為衰減系數(shù);Ta為到達(dá)時(shí)間。該方法不但廣泛應(yīng)用于估算自由空中爆炸的結(jié)構(gòu)荷載大小，也被編入CONWEP(Collection of conventional weapons effects calculations from the equations and curves)計(jì)算程序，故也被稱(chēng)為CONWEP爆炸模型。

1.3 數(shù)值模擬方法

隨著有限元方法的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行爆炸荷載研究越來(lái)越多，并取得良好分析結(jié)果。由于爆炸瞬間、爆炸中心周?chē)橘|(zhì)處于高溫高壓狀態(tài)，呈現(xiàn)明顯流體特性，因此模擬中涉及流固耦合問(wèn)題，主要采用計(jì)算流體力學(xué)CFD(Computational Fluid Dynamics)方法。該方法中常用的離散化方法主要為有限體積法、有限差分法及顯式有限單元法［10］。隨著無(wú)網(wǎng)格法發(fā)展，光滑質(zhì)點(diǎn)流體力學(xué)法(Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH)逐漸被應(yīng)用于爆炸與沖擊分析計(jì)算中。

2 核反應(yīng)堆安全殼抗爆研究

核反應(yīng)堆安全殼與特大型LNG儲(chǔ)罐外形結(jié)構(gòu)相似，均屬于鋼筋混凝土厚殼，見(jiàn)圖1、圖2。一般核反應(yīng)堆安全殼直徑約18～20 m，結(jié)構(gòu)總高度約50～60 m，厚度約1 000 mm;特大型LNG儲(chǔ)罐外徑約40 m，總高度約50 m，厚度約800～1 000 mm。核反應(yīng)堆安全殼抗爆研究，已取得較好進(jìn)展，回顧與總結(jié)其研究成果，對(duì)特大型LNG儲(chǔ)罐的抗爆研究有重要借鑒意義。

圖1 特大型LNG儲(chǔ)罐典型剖面示意圖Fig.1 Section plan of extra-large LNG storage tank

圖2 核反應(yīng)堆安全殼典型剖面示意圖Fig.2 Section plan of nuclear reactor containment

李國(guó)豪等［11］在殼體基本動(dòng)力特性研究基礎(chǔ)上開(kāi)展核反應(yīng)堆抗爆安全性理論研究，提出核能工程中沖擊結(jié)構(gòu)力學(xué)若干問(wèn)題。據(jù)固體力學(xué)與波動(dòng)力學(xué)基本原理，采用經(jīng)典板殼理論等對(duì)核電站安全殼進(jìn)行抗沖擊波荷載動(dòng)力分析及抗撞擊研究［12-15］，并取得階段性成果，為我國(guó)殼體結(jié)構(gòu)抗爆研究奠定了基礎(chǔ)。左家紅等［16］采用ADINA程序?qū)η厣胶穗娬景踩珰ぴ陲w機(jī)撞擊下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)進(jìn)行分析。以上研究成果為我國(guó)第一座核電站等核電項(xiàng)目建設(shè)提供了可靠的理論依據(jù)與設(shè)計(jì)參考，亦可作為特大型LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)理論參考。

隨著計(jì)算機(jī)水平與有限元技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬方法成為核電站安全殼抗爆性能分析的主流手段。王天運(yùn)等［17］據(jù)某國(guó)防科研課題，采用有限單元法建立核電站安全殼在爆炸沖擊波作用下的動(dòng)力分析模型，提出12質(zhì)點(diǎn)桿模型，討論并分析了質(zhì)點(diǎn)桿模型在安全殼預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。文獻(xiàn)［18-20］據(jù)核電站安全殼結(jié)構(gòu)形式，采用Backman等侵徹假設(shè)，建立鋼筋混凝土分離式有限元模型，分別對(duì)250 m/s、400 m/s、600 m/s著靶速度彈丸侵徹預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:著靶速度對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞形式與區(qū)域有明顯影響，彈丸侵徹表現(xiàn)為明顯的沖塞現(xiàn)象。文獻(xiàn)［21］采用流固耦合算法，對(duì)核電站安全殼在爆炸荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬，得出造成安全殼破損的最小安全距離及爆炸當(dāng)量。數(shù)值模擬結(jié)果為核電站的主動(dòng)攔截防護(hù)提供了重要技術(shù)參數(shù)。文獻(xiàn)［22］在此研究基礎(chǔ)上，以5 000 kg等效TNT當(dāng)量裝藥在安全殼100 m外觸地爆炸為例研究核電站安全殼基底振動(dòng)響應(yīng)，將裝藥爆炸、土中傳播與結(jié)構(gòu)組成有限元分析體系，對(duì)安全殼基底振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析。結(jié)果表明:安全殼基底及殼體壓力呈環(huán)狀分布，在基底及殼體連接處有明顯的應(yīng)力集中;等效應(yīng)力-時(shí)程曲線(xiàn)及徑向應(yīng)力-時(shí)程曲線(xiàn)顯示，殼體最大等效應(yīng)力為35 kPa、最大徑向應(yīng)力為32 kPa，均在安全范圍內(nèi)。在給定條件下，基底與殼體響應(yīng)值遠(yuǎn)未超出設(shè)計(jì)值，核電站運(yùn)行安全可靠。

隨著隔震技術(shù)在核反應(yīng)堆工程中的應(yīng)用，其隔震安全性頗受關(guān)注。Huang等［23］研究傳統(tǒng)核反應(yīng)堆與隔震設(shè)計(jì)核反應(yīng)堆在地震及爆炸荷載作用下的反應(yīng)，采用有限單元法、計(jì)算流體力學(xué)模擬2 000 kgTNT炸藥離反應(yīng)堆10 m位置處爆炸后，兩種反應(yīng)堆所受空氣爆炸沖擊波及地面振動(dòng)雙重作用下的各種結(jié)構(gòu)響應(yīng)。結(jié)果表明:兩種反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)均可有效抵抗該級(jí)別的爆炸襲擊，隔震層能有效減小結(jié)構(gòu)水平高頻加速度分量，從而降低反應(yīng)堆的加速度反應(yīng)與基底剪力反應(yīng)。

3 LNG儲(chǔ)罐抗爆研究

3.1 LNG儲(chǔ)罐抗爆研究現(xiàn)狀

對(duì)LNG儲(chǔ)罐的抗爆研究最早由美國(guó)軍方開(kāi)始，Drake等［24-26］系統(tǒng)研究了鋼筋混凝土防護(hù)墻及防護(hù)殼在爆炸荷載作用下的響應(yīng)，以及地面爆炸荷載計(jì)算、用單質(zhì)點(diǎn)模型模擬防護(hù)墻及防護(hù)殼結(jié)構(gòu)、防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。Reid［27］在文獻(xiàn)［24-26］基礎(chǔ)上，通過(guò)足尺與縮尺試驗(yàn)等方法研究了加筋土墻及加筋巖土碉堡等常見(jiàn)軍用防護(hù)設(shè)施在常規(guī)武器襲擊下的抗爆能力。研究結(jié)果對(duì)該類(lèi)構(gòu)筑物的抗爆設(shè)計(jì)提供了可靠參考資料及設(shè)計(jì)理論依據(jù)，也為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐的抗爆設(shè)計(jì)提供了參考。Schneider等［28］對(duì)鋼制儲(chǔ)罐遭受飛行物撞擊問(wèn)題進(jìn)行研究，并對(duì)撞擊后儲(chǔ)罐的反應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。研究中考慮不同撞擊速度、不同撞擊角度對(duì)撞擊結(jié)果影響。結(jié)果表明:普通鋼制儲(chǔ)罐僅能抵抗小型飛行物撞擊，對(duì)客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、導(dǎo)彈等的撞擊抵抗力不足。研究結(jié)果對(duì)新建、已建儲(chǔ)罐的安全性評(píng)估有一定指導(dǎo)作用。

Waryas等［5］對(duì)LNG接收站遭受兩種襲擊的可能性及后果進(jìn)行研究:① 手持式常規(guī)武器襲擊特大型LNG儲(chǔ)罐，② 攜帶炸彈小型船只撞擊LNG運(yùn)輸船(類(lèi)似于2002年法國(guó)油輪Limberg號(hào)事件)。研究結(jié)果表明:LNG儲(chǔ)罐在遭受小型爆炸時(shí)會(huì)引起劇烈振動(dòng)從而導(dǎo)致外罐破壞，內(nèi)罐安全有保證，但連續(xù)爆炸會(huì)帶來(lái)一系列諸如儲(chǔ)液泄露、火災(zāi)等問(wèn)題;LNG運(yùn)輸船在受到炸彈襲擊后損失慘重，船員生命安全不僅無(wú)法保證，且若船在近海附近遭襲還可能引起接收站的破壞。Oesterle［29］對(duì)普通鋼筋混凝土殼進(jìn)行爆炸模擬試驗(yàn)與有限元模擬分析，結(jié)果表明鋼筋混凝土殼對(duì)爆炸荷載有一定承受能力，但局部破壞不容忽視，若受到非接觸爆炸沖擊波作用，構(gòu)件整體能發(fā)揮一定塑性變形能力抵抗沖擊波能量，但若受到表面接觸爆炸則會(huì)發(fā)生局部嚴(yán)重?fù)p壞。這對(duì)特大型LNG儲(chǔ)罐的抗爆研究有借鑒意義，儲(chǔ)罐若受到接觸爆炸作用，可能會(huì)發(fā)生局部嚴(yán)重破壞從而導(dǎo)致儲(chǔ)液泄露、爆炸、火災(zāi)等一系列嚴(yán)重后果。

馬加路［30］針對(duì)LNG儲(chǔ)罐等結(jié)構(gòu)在遭受爆炸作用時(shí)表面形成的爆炸荷載壓力場(chǎng)分布問(wèn)題展開(kāi)研究，用顯式動(dòng)力學(xué)有限元軟件對(duì)爆炸全過(guò)程仿真，并通過(guò)半自由空間中地面爆炸的模擬與分析，與爆炸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了有限元模型的正確性，同時(shí)提出球殼結(jié)構(gòu)上爆炸荷載分布的簡(jiǎn)化方法。田曉雪等［31-32］針對(duì)特大型LNG儲(chǔ)罐在沖擊荷載作用下的動(dòng)力性能進(jìn)行研究，用質(zhì)量塊撞擊儲(chǔ)罐外壁及穹頂。研究認(rèn)為:質(zhì)量塊的質(zhì)量及速度一定情況下，質(zhì)量塊撞擊儲(chǔ)罐壁不同位置時(shí)，等效應(yīng)力隨儲(chǔ)罐高度的降低而降低;并研究質(zhì)量一定、沖擊速度70 m/s時(shí)特大型LNG儲(chǔ)罐外罐壁響應(yīng);質(zhì)量塊以不同速度沖擊穹頂時(shí)，隨著時(shí)間的增加穹頂應(yīng)力擴(kuò)散范圍逐漸增加，達(dá)到最大面積時(shí)，基本為整個(gè)穹頂;沖擊荷載只影響撞擊點(diǎn)局部應(yīng)力變化，產(chǎn)生高應(yīng)力、大應(yīng)變，其它部分基本不受影響。朱正洋［33］采用多物質(zhì)歐拉與拉格朗日耦合算法，對(duì)近地空中爆炸沖擊波與柱形拱殼結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行數(shù)值模擬，分別采用剛性體材料及考慮應(yīng)變率的塑性材料模擬拱殼結(jié)構(gòu)，研究目標(biāo)在爆炸作用下的運(yùn)動(dòng)變形損傷及破壞對(duì)爆炸荷載分布影響。數(shù)值模擬分析結(jié)果表明:拉格朗日-歐拉耦合算法能較好模擬爆炸沖擊波在介質(zhì)中的傳播及作用在結(jié)構(gòu)上的爆炸荷載效應(yīng)。

3.2 特大型LNG儲(chǔ)罐抗爆設(shè)計(jì)方法

目前，國(guó)際上常用的LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范為歐洲規(guī)范［34］、英國(guó)規(guī)范［41］、美國(guó)規(guī)范［42］等。美國(guó)規(guī)范中無(wú)抗爆設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定，歐洲規(guī)范與英國(guó)規(guī)范對(duì)特大型LNG儲(chǔ)罐的抗爆設(shè)計(jì)提出要求及建議的設(shè)計(jì)方法。歐洲規(guī)范規(guī)定任何涉及危險(xiǎn)液體作業(yè)的工廠(chǎng)均存在發(fā)生爆炸的可能性，在儲(chǔ)罐危險(xiǎn)分析中應(yīng)包括儲(chǔ)罐外部爆炸沖擊波過(guò)壓及外部飛行物沖擊;由于爆炸荷載隨時(shí)間變化，因此應(yīng)進(jìn)行完整動(dòng)態(tài)分析，以確定爆炸荷載對(duì)整個(gè)儲(chǔ)存系統(tǒng)及單個(gè)部件影響，包括對(duì)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)影響。

分析爆炸沖擊波荷載作用一般采用:

(1)假設(shè)爆炸沖擊壓強(qiáng)時(shí)程曲線(xiàn)，確定原始波最大沖擊壓強(qiáng)Pfree_field。對(duì)時(shí)程曲線(xiàn)，各國(guó)規(guī)范尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)定。典型的沖擊壓強(qiáng)時(shí)程曲線(xiàn)見(jiàn)圖3，其壓強(qiáng)峰值一般取7～12 kN/m2。

圖3 典型沖擊壓強(qiáng)時(shí)程曲線(xiàn)Fig.3 Typical time history of blast pressure diagram

(2)確定動(dòng)力荷載系數(shù)。用動(dòng)力荷載系數(shù)經(jīng)驗(yàn)曲線(xiàn)［35］，通過(guò)圖3中沖擊壓強(qiáng)持時(shí)τ與外罐自振周期T之比在曲線(xiàn)中求得相應(yīng)的動(dòng)力荷載系數(shù)DLF，從而得到考慮動(dòng)力荷載效應(yīng)的最大沖擊壓強(qiáng)PDLF=Pfree_fieldDLF。

(3)估算罐壁、罐頂?shù)淖畲箪o壓強(qiáng)分布。用公式P=PDLF(1+cosθ)估算罐壁各處的最大靜壓強(qiáng)分布，結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。罐頂壓強(qiáng)分布計(jì)算采用分片計(jì)算方法，將罐頂按垂直沖擊波方向平均分為八個(gè)區(qū)域，最大區(qū)域處壓強(qiáng)為1.5P，最小區(qū)域處壓強(qiáng)為0.5P，其余各區(qū)域壓強(qiáng)按插值法計(jì)算，結(jié)果見(jiàn) 圖6、圖7。

表1 沖擊荷載驗(yàn)算經(jīng)驗(yàn)公式Tab.1 Empirical formula of impact loading

圖4 罐壁靜壓強(qiáng)分布平面圖Fig.4 Plan of the blast wave pressure acting on the wall

圖5 罐壁靜壓強(qiáng)分布立面圖Fig.5 Elevation of the blast wave pressure acting on the wall

圖6 罐頂靜壓強(qiáng)分布平面圖Fig.6 Plan of the blast wave pressure acting on the roof

圖7 罐頂靜壓強(qiáng)分布立面圖Fig.7 Elevation of the blast wave pressure acting on the roof

(4)將上述壓強(qiáng)分布作用于結(jié)構(gòu)，采用有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)2D或3D模型進(jìn)行等效靜力分析，驗(yàn)算其抗沖擊波荷載安全性。

對(duì)飛行物沖擊荷載作用，文獻(xiàn)［34］建議在一般設(shè)計(jì)中計(jì)算110 kg剛體以45 m/s速度垂直撞擊罐體表面，并規(guī)定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為在該剛體作用下，罐壁不發(fā)生震塌破壞、擊穿破壞，罐頂不發(fā)生擊穿破壞。一般由經(jīng)驗(yàn)公式估算，四種常用經(jīng)驗(yàn)公式［36-39］見(jiàn)表1。其中Hs，Hp分別為防止發(fā)生震塌破壞、擊穿破壞的混凝土厚度;U為DOE-Standard公式中參考速度，取61 m/s;V為剛體飛行速度;M為剛體質(zhì)量;D為剛體等效直徑;f'c為混凝土極限抗壓強(qiáng)度;N為剛體形狀系數(shù);ρ為混凝土密度;V0為Bechtle公式中參考速度，取60.96 m/s。按上述公式分別計(jì)算罐體、罐頂?shù)男枨蠛穸?，并取四種公式計(jì)算結(jié)果中最大值作為設(shè)計(jì)參考。

4 特大型LNG儲(chǔ)罐抗爆研究存在問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)

由上述研究現(xiàn)狀看出，我國(guó)對(duì)核反應(yīng)堆安全殼的抗爆研究從最早采用經(jīng)驗(yàn)解、解析解進(jìn)行評(píng)估，到采用經(jīng)典板殼力學(xué)方法進(jìn)行分析，再到利用有限元方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行研究，均取得一定成果，對(duì)核電站設(shè)計(jì)、建設(shè)提供了有力的理論依據(jù)。然而我國(guó)對(duì)特大型LNG儲(chǔ)罐類(lèi)殼體結(jié)構(gòu)的抗爆性能研究尚處于起步階段，無(wú)論經(jīng)典理論推導(dǎo)研究或精確有限元模擬研究，均有欠缺之處，存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)有:

(1)均未考慮儲(chǔ)罐罐內(nèi)、外罐間的相互作用，認(rèn)為內(nèi)外罐相互獨(dú)立，而實(shí)際中內(nèi)外罐之間存有保溫層(圖1)，會(huì)有力的傳遞。內(nèi)罐及保溫層對(duì)外罐抗爆能力影響的利弊有待研究。

(2)雖可借鑒核反應(yīng)堆安全殼研究成果，但特大型LNG儲(chǔ)罐與安全殼結(jié)構(gòu)仍有許多不同之處，主要體現(xiàn)在內(nèi)外罐與儲(chǔ)液之間的流固耦合問(wèn)題。對(duì)地震等偶然荷載的作用，特大型LNG儲(chǔ)罐流固耦合研究國(guó)內(nèi)外已有成果，但爆炸荷載具有不同于地震荷載持時(shí)更短、加速度高頻分量多等特點(diǎn)，因此爆炸荷載作用的流固耦合問(wèn)題有待研究。

(3)為提高特大型LNG儲(chǔ)罐的抗震性能，已建、擬建工程均采用隔震技術(shù)，隔震儲(chǔ)罐的地震反應(yīng)及安全性分析已有相關(guān)研究，但在爆炸荷載作用下，隔震儲(chǔ)罐的安全性問(wèn)題尚不明確，有待研究。

(4)現(xiàn)行特大型LNG儲(chǔ)罐抗沖擊波荷載設(shè)計(jì)方法為擬靜力方法，將動(dòng)力荷載簡(jiǎn)化為靜力荷載施加于罐體進(jìn)行分析，該分析方法存在計(jì)算不夠準(zhǔn)確，反射波考慮過(guò)于簡(jiǎn)單等問(wèn)題。如該方法假設(shè)沖擊波水平?jīng)_擊罐體，而實(shí)際工況沖擊波會(huì)從罐體各個(gè)方向襲擊，罐頂設(shè)計(jì)厚度最薄處僅400 mm，能否抗得住沖擊波沖擊值得商榷?，F(xiàn)行抗飛行物沖擊設(shè)計(jì)方法僅考慮剛體水平?jīng)_擊罐體，未考慮罐頂安全性，而采用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)罐體進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算可靠性有待研究。對(duì)此，需采用高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確有限元分析或無(wú)網(wǎng)格SPH分析，且考慮空氣場(chǎng)與特大型LNG儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)及內(nèi)部?jī)?chǔ)液之間的流-固-流耦合問(wèn)題，涉及流體與儲(chǔ)罐的非線(xiàn)性。

(5)對(duì)特大型LNG儲(chǔ)罐的簡(jiǎn)化分析多采用簡(jiǎn)化模型［40］，或進(jìn)一步改進(jìn)的模型，對(duì)此類(lèi)模型在爆炸荷載作用下的分析尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。在有限元分析結(jié)果基礎(chǔ)上如何改進(jìn)該經(jīng)典的簡(jiǎn)化模型，使其適用于抗爆分析及特大型LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)值得研究。

(6)因我國(guó)特大型LNG儲(chǔ)罐工程均為國(guó)外公司或中外聯(lián)合體進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，不同公司所用規(guī)范也不相同，且無(wú)技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)焕谖覈?guó)特大型LNG接收站的正常運(yùn)營(yíng)及安全保障。因此，極需對(duì)國(guó)外設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐進(jìn)行系統(tǒng)抗爆研究，以期掌握第一手資料，對(duì)我國(guó)自主研發(fā)特大型LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

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