ing.P.J. van OsMechanica Consult Nederland BV,RotterdamIn het oostelijke havengebied van Vlissin-gen wordt in opdracht van Eurogas BVeenLPG-terminal gerealiseerd. Van de uiteinde-lijke vier tanks voor cryogene opslag met elkeen inhoud van 55 000 m3, zijn thans deeerste twee in aanbouw; de uitvoering ervanis in handen van Visser en Smit Bouw BV.De tanks bestaan uit een dubbelwandigestalen binnentank en daaromheen een vei-ligheidswand van gedeeltelijk voorgespan-nen beton. De diameter van de veilig-heidswand is 55 m, de hoogte 35 m. In over-leg met de autoriteiten is door de aannemerhet constructieve ontwerp van de veilig-heidswanden opgedragen aan MechanicaConsult Nederland BV. In deze bijdrageworden het ontwerp en de berekening be-schreven. Uit dit praktijkgeval werden enke-le belangrijke lessen geleerd omtrent de tevolgen berekeningsgang. Red.Artist's impression van de LPG-terminal inVlissingen. Twee vande vier tanks voorcryogene opslag zijn thans in aanbouw(foto ter beschikking gesteld doorKoninklijke Volker Stevin)Cement XXXIV (1982) nr. 10Ontwerp en berekening van eencirkelvormigeveiligheidswandProbleembeschrijvingVoor de bouw van de LPG-tanks voor E:urogas te Vlissingen is gekozen voor dubbelwandigestalen tanks. Hierbij wordt een staalsoort toegepast waarvan verwacht wordt dat deze veiligis ten aanzien van het bekende 'RIP-ZIP' belastingsgeval. De fundering van de dubbelwandi-ge stalen tank bestaat uit een betonplaat op palen. De dubbelwandige stalen tank wordttegen explosie- en brandbelasting, veroorzaakt door omringende tanks en installaties,beschermd door een betonnen veiligheidswand, die geheel Vrij gehouden is van de funde-ring van de stalen tank. In figuur 1zijn mogelijke oplossingen aangegeven voor een dergelij-ke veiligheidswand meteen hoogte van 35 m en een diameter van 55 m.De veiligheidswand heeft naast de bescherming tegen impulsbelasting (explosie) ook nogandere functies. Hij moet de stalen tanks ook beschermen tegen externe branden, en ingeval de stalen binnentankshet begeven moet de betonnen wand in staat zijn de LPG-vloeistof zonder lekken te keren. De autoriteiten die de goedkeuring voor het ontwerpmoesten geven, eisten overigens niet dat alle drie de calamiteitsgevallen gelijktijdig zoudenoptreden. Zij eisten echter wel dat het mogelijk moest zijn dat de beschermwand, nadat eenexterne explosie heeft plaats gevonden nog weerstand zou kunnen bieden aan een externebrand of het uitlopen van LPG uit de stalen binnentanks.Dit artikel behandelt alleen het geval van een explosiebelasting en beschrijft deontwerpbe-slissingen welke genomen werden om aan de 'tegenstrijdige' eisen omtrent andere belas-tinggevallen te voldoen. Ook worden de resultaten van een definitieve verfijnde berekeninggetoond.In de inleidende ontwerpfase is het niet zinvol gebruik te maken van een zeer geavanceerdedynamischeberekening. Een complete verfijnde berekening is kostbaar; bovendien kan hetnoodzakelijk zijn deze een aantal malen te herhalen. Reden waarom deze methode nietwordt aanbevolen in een zeer vroeg stadium. Daarom is begonnen met een statische analysevoor het verkrijgen van enige basiskennis betreffende het gedrag van de schaal. Dit maakthet ook mogelijk de gevoeligheid van het ontwerp te onderzoeken op de verandering van debelangrijkste variabelen. Na deze excercitie is een vereenvoudigd dynamisch onderzoekverricht, waarbij gebruik werd gemaakt van een ??n-massa veersysteem als model van de612?-rIII--------.----.//"",- ................./ ,/ ,I \{ \I II BETONNEN VEILIGHEIDS. IWAND IIIIIIIIIIIL __ ~ --lII--__~-c'--r---'S=_=_T'""A-=L_=EN DAMWAN DENSTALEN PALEN-.-...............,\\I----------....-///I{,I.STALEN BINNENTANKIIIIIIIIII II IL ~ J1De twee onderzochte ontwerpentank. Op basis van deze studie werd het ontwerp voor de betonnen wand en funderinggeoptimaliseerd. Tenslotte werd het gekozen ontwerp gecontroleerd met een verfijnde(kostbare) dynamische berekening.Vanaf het eerste begin van het ontwerp zijn de ontwerpers van de aannemer uitgegaan vaneen betonnen wand, welke in horizontale richting voorgespannen zou zijn, en in verticalerichting van zachtstaal wapening zou worden voorzien. De voorspanning is voornamelijknoodzakelijk voor het belastingsgeval dat de LPG-vloeistof tegen de betonnen wand komt testaan, door bezwijken van de stalen binnentanks. Daarom neemt de voorspanning lineair afvan een maximum waarde ter plaatse van de onderkant van de wand tot nul op 24 m hoogte.In het bovenste deel van de cirkelvormige wand boven dit niveau wordt horizontaal ookzachtstaal gebruikt. Initi?le, ori?nterende berekeningen van de aannemer resulteerden in dekeuze van de wanddikte van 420 mmoBouwfase van de veiligheidswand, diealleenhorizontaal wordt voorgespannen, van deonderkant van de wand tot 24 m hoogte.Totale hoogte 35 m, diameter 55 m(foto's: studio Wendrich BV, Zwijndrecht)In eerste instantie werd de betonwand op stalen damwandplanken gefundeerd. Deze dam-wandplanken moesten weerstand bieden aan de horizontale en verticale reacties welkedoor de betonwand op de fundering worden uitgeoefend. Over een aantal meters zouden desloten door middel van lassen worden dichtgemaakt om het doorsijpelen van LPG-vloeistofdoor de fundering van de veiligheidswand te voorkomen. Deze constructie zou dus moetenwerken als een voldoende sterke fundering en tevens als een adequate afdichting. Ditontwerp wordt getoond in het linker deel van figuur 1. Naarmate het ontwerpwerk vorderde,bleek een functiescheiding tot een betere oplossing te leiden. Er werd gekozen voor eenmeer flexibele fundering door gebruik te maken van holle cirkelvormige stalen palen h.o.h.1,80 m, en een afzonderlijk scherm van stalen damwandplanken voor de afdichting, welkeflexibel verbonden zijn met de fundering van de betonwand. De flexibele verbinding moetinstaat zijn de verplaatsingen tijdens een impulsbelasting te volgen, en moet weerstandbieden aan de vloeistofdruk bij een temperatuur van - 50?C in het geval dat de binnentankzijn functie zou verliezen. Deze oplossing wordt getoond in het rechter deel van figuur 1.Cement XXXIV (1982) nr. 10 6132Gegevens van explos?e-karakter?stieken endrukverdeUng over de c?rkelvorm?ge wand0.30 barL .0.2sec x 340 m/sec. 68 mD.55mPo=0.3bar- tongestoorde druk-tijd relatiereflectiecoeff. r(li) drukverdeling bij 'maximale-positie' van de drukgolfCement XXXIV (1982) nr. 10ExplosiebelastingDe explosie wordt veroor~aaktdoor een gaswolk die kan ontstaan in de nabijheid van deonderzochte tank. Rekeninghoudend met de huidige beschikbare kennis voor dergelijkesituaties en lettendop de plaatselijke omstandigheden, adviseerden deskundigen van hetPrins Mauritslaboratorium van TNO gebruik te maken van het druk-tijd-diagram zoalsaangegeven in het linker deel van figuur 2. Hierin is po de piekdruk en td de duur van dedrukfase. De vorm van dit diagram laat zien dat geen schokgolf doch een drukgolf be-schouwd dient te worden. De schrijver dezes heeft begrepen dat gasexplosie-deskundigenverschillend denken over de druk in functie van de tijd. Omtrent de maximale piekdrukpo ende tijdsduur td bestaat wel overeenstemming, maar over de vorm van het diagram gedurendehet tijdsverloop td wordt verschillend gedacht. Daarom is er naar gestreefd de constructie,indien mogelijk, ongevoelig voor de vorrn van het diagram te ontwerpen.Wanneer de drukgolf langs de betonwand trekt met de snelheid van het geluid (340 m/sec),ontstaan er reflecties die de druk op de wand be?nvloeden. Deze druk is altijd loodrecht opde wand gericht. De autoriteiten adviseerden gebruik te maken van de TNO-aanbevelingenvoor de reflectieco?ffici?nt r(