小知识：加肋壳体结构具有良好的空间受力性能和经济适用性

加肋壳体结构具有良好的空间受力性能和经济适用性，广泛用于大型储罐的结构设计中。随工业发展和城市生活的需要，大型气柜数量迅速增加。但是气柜加肋壳体结构的设计中，抗震设计十分欠缺，给实际工程留下安全隐患。因此，本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法，根据华东某 30 万 m3 圆筒形气柜工程资料，对气柜加肋壳体结构的抗震性能进行研究，提出基本周期和弹塑性最大顶点位移简化计算公式，并对气柜的加肋筒体进行了优化设计。主要研究内容和成果如下：

1.对气柜加肋壳体结构进行模态分析，提出基本周期简化计算公式。建立结构的有限元模型，对其进行模态分析，提取其前六阶主振型，研究结果表明气柜结构基频较高，刚度较好；低阶振型自振特性简单明确，高阶振型自振特性较为复杂；在气柜结构地震响应计算时，应主要考虑低阶振型的影响。基于悬臂筒体的弯曲振动和剪切振动计算原理，结合有限元模态分析结果，推导气柜结构的基本周期的简化计算公式。 

2. 对气柜加肋壳体结构进行振型分解反应谱法分析，与 ANSYS 软件分析结果进行对比，底部剪力值接近。分别采用抗震规范和 ANSYS 软件对气柜结构进行振型分解反应谱法分析，计算底部剪力、顶点位移和 Mises 应力，验证气柜结构的在多遇地震作用下的抗震性能满足规范要求。

3.对气柜加肋壳体结构进行静力与动力弹塑性分析，在罕遇地震作用下最大顶点位移满足性能控制目标要求。首先运用均布加载、倒三角形加载、基本振型加载对气柜结构进行静力弹塑性分析；然后合理选择 8 条地震波，运用动力时程分析进行动力弹塑性分析；静力与动力弹塑性分析结果对比表明采用基本振型加载方式得到最不利的顶点位移。

4. 对气柜结构在初始应力条件下采用基本振型加载方式进行分析，提出了罕遇地震下结构的最大顶点位移简化计算公式。首先对气柜结构进行正常工作状态下的静力分析，得出其初始应力；再采用基本振型加载方式对气柜结构进行初始应力条件下的弹塑性分析，并绘制弹塑性能力谱曲线，分析气柜结构抗震性能；最后根据气柜结构的弹性分析和弹塑性分析数据推导罕遇地震荷载作用下的顶点位移简化计算公式。 

5.  以弹塑性最大顶点位移作为位移约束条件对气柜结构进行优化设计，并以优化结构验证了基本周期的简化公式和罕遇地震下最大顶点位移简化公式的正确性。首先以最小用钢量作为目标函数，以气柜筒体壁板厚度和立柱截面积为设计变量，以设计变量的取值界限作为几何约束，以最大弹塑性顶点位移作为位移约束，采用内点算法得出结构优化的最优解；然后对优化气柜结构进行抗震性能分析；最后以优化气柜结构的数据验证了基本周期的简化公式和罕遇地震下最大顶点位移简化公式的正确性。