核电厂安全壳结构内压承载能力计算分析.pdfVIP

张会东，等：棱电站安全壳结构的内压承成能力计算分析 核电厂安全壳结构的内压承载能力计算分析 张会东林松涛王永焕 摘要：安全壳结构的承载能力计算分析需要考虑钢绞线和混凝土的力学特性．作者采用正交异性膜单元模拟正交方向的 预应力钢束，并分析预应力损失随时间的变化，对服役的安全壳进行有限元分析，提出安全壳结构的分析步骤。以某核电厂 安全壳结构的分析与试验数据对比，证明了方法的可行性，作者并对安全壳进行了极限承载力分析。 关键词：安全壳结构有限元预应力 0．引言 ANSYS中混凝土单元采用SOLID65 我国已建核电厂安全壳均为预应力钢筋混凝土 结构，结构形式分为有环梁和无环粱两种，有环梁 m 安全壳主要组成为穹顶、环梁、筒身、基础筏板， m 采用后张预应力体系。安全壳结构的主要用途是屏 m 蔽发生基准失水事故时产生的辐射物质，防止外物 m Ⅲ 的袭击等，具有承受内压并不出现混凝土裂缝的能 ^乒v矗隶佃 阱 力。为保证安全壳正常运行，在启动反应堆前，须 Ⅲ 进行整体性能试验，试验最高压力一般为设计基准 压力的1．15倍，同时对安全壳结构进行试验吻合分 析和极限承载能力验算。 文章对现役安全壳结构的极限内压承载能力的 图l竖向预应力钢柬有效预应力值的衰减 分析是从安全壳结构的实际预应力状态出发，提出 安全壳结构的计算分析方法和步骤，分析其安全性 型，根据最大拉应力准则，应依据混凝土的力学性 能否满足继续服役的要求，其安全裕度能否满足≥ 能试验设定最大控制拉应力决定混凝土的开裂。利 2．5的国际标准ll】。 用单元的实体性能来模拟混凝土，利用加筋性能来 模拟安全壳结构中普通钢筋作用。 1．预应力系统 预应力钢束的模拟方法是进行安全壳结构内压 有环梁安全壳结构预应力体系包含三种预应力 计算中的难点，各个方向的配筋率不同，为了真实 钢束：筒壁竖向束、筒壁环向束、穹顶钢束；无环 反映安全壳结构筒壁竖向和水平环向的预应力钢束 梁安全壳结构中的穹顶束和筒壁竖向束合为一体而 的配筋率不同，可采用两种单元对于预应力钢筋进 没有环梁锚固区。预应力钢束锚具的变形、混凝土 行模拟，一种是正交异性膜单元【3】【41，另一种为线 的收缩和徐变、预应力钢绞线的应力松弛、预应力 单元。实例部分，将采用第一种单元进行分析。 钢束与孔道壁的摩擦作用等都会造成预应力损失。 预应力损失分析可参考预应力混凝土桥梁及混 3．内压承载能力分析步骤 凝土结构相关设计规范，进行考虑。 计算分析的主要步骤为：1)安全壳结构在自 通过分析，可得出预应力钢束有效预应力的 重及有效预应力作用下的变形及应变；2)在试验 衰减规律，并预测有效预应力值的变化，某核电厂 内压荷载作用下，分析安全壳结构的反应，计算与 安全壳结构的竖向预应力钢束有效预应力值预测变 试验结果对比；3)从混凝土的单轴抗拉强度、普 化，如图l所示，实际钢束预应力值的变化由于气 通配筋、钢衬里及预应力钢束的屈服强度等因素出 温的影响呈现在此基础上波动。 发，计算安全壳结构的极限承载能力，进行非线性 分析。 2．安全壳结构计算模型 安全壳结构的主要组成材料为混凝土、普通钢 安