Workbench丨罐底板的变形仿真

按石油大学帅健老师主编的《管道及储罐强度设计》的介绍，GB 50341储罐（油罐）在充液（水或其他介质）后，在液柱静压力的作用下，会产生很大的环向应力，并使罐壁周向伸长，沿径向向外扩张。但由于罐壁的下端与罐底板焊接连接，罐壁的变形受到限制，无法径向涨出，从而发生如下图所示的变形。

GB 50341主要以API 650为参考，标准释义内容也少，前面我们提到的《管道及储罐强度设计》对储罐的介绍也不多，并且在该书的第二版，储罐的内容还缩水了。除了1986版的化工设计全书——储罐，较新的、比较成系统的资料，不太多。这书的下载地址，见我们之前文章，分享丨1986版《化工设备设计全书-储罐》。

目前，国内对储罐研究的比较多的是浙江大学的陈志平老师和他的研究生们，中国知网上可以查到不少他们写的有关储罐的期刊、学位论文。

研究储罐底板的变形，储罐基础沉降（尤其是不均匀沉降）带来的影响，不可忽略，陈志平等对此的研究比较早，也比较系统，见文献：陈志平. 大型非锚固储油罐应力分析与抗震研[D].杭州:浙江大学,2006.

和文献一样，我们建立如下图所示的轴对称、2D储罐模型：储罐为环梁基础，棕色为混凝土（弹性模量E为28000MPa），青灰色的部分为回填土（E为37MPa），泊松比均设为0.2，如果考虑自重，还要输入材料密度。

罐底板和最下一圈罐壁板连接处的大角焊缝，要把焊缝的模型也建上，这是我们重点关注的一个部分，此处模型应尽量精细。并且此区域的网格划分也要细。

模型的载荷及边界条件如上图所示。基础下方为固定约束，储罐内表面设液柱静压。仿真结果如下：

大角焊缝处的变形，如下图所示，和本文最前面的那个载图差不多。当然，定性分析是比较容易的，但如果要进行定量分析，基础的材料特性、尺寸应尽量准确（贴近实际），当然这也是比较难得的。陈志平及其团队的论文中，有一些实测数据，并且进行了仿真，很可贵的资料。

如果能够准确地对储罐基础、罐底、罐壁的变形进行仿真，个人觉得在此基础上，还有很多东西可以分析，比如清扫孔，储罐锚固等。

另外，有关储罐的内容我们之前也讨论了一些，包括：

储罐标准GB50341-2014中几个公式的推导

储罐的热处理

储罐底板焊接变形控制

大储罐的无损检测要点

大储罐的防腐要点