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CEFR鋼筋混凝土承壓房間強度CAE分析

發布于:2024-08-01 21:03
CAE分析

      中國實驗快堆(CEFR)鈉工藝間內因鈉泄漏引起鈉火時,房間內壓增大,可能影響事故房間的結構完整性,從而影響相應的安全重要物項的安全功能。該問題是核安全局關注的PSAR的遺留問題之一。本文根據工程要求,對具有代表性的309#及813#房間結構的強度進行計算分析。計算程序為有限元分析程序ANSYS
      1) 309#是一回路放射性鈉火的典型房間,是堆外鈉系統眾多管道的交叉處;813#是二回路非放射性鈉火的典型房間,為二回路主泵裝置間。兩房間內管道及泵內鈉泄漏發生鈉火的概率較大。
      2)根據已有的事故分析結果,發生鈉火內壓增大后,兩房間的氣體壓力較高。
      3)對于房間結構的考慮。將房間墻壁當作板處理,根據板殼力學,板的長寬比與發生在板中心處的最大撓度成正比。因此,選取房間長寬高中其中一個尺寸比另外兩個大許多的,這種結構比較危險。309#為南北走向長型走廊,813#的立面墻高度值較大。
      混凝土結構設計規范為GB50010-2002。
      根據上述結構參數,墻體08035(813#)與墻體0319 (309#)的結構強度較低,因此,僅選取這兩面墻進行強度分析
      鋼筋混凝土有限元模型根據鋼筋的處理方式主要分為3種:整體式、分離式和組合式模型。常用的為整體式和分離式。整體式有限元模型采用Solid65單元,它將鋼筋彌散于整個單元中,將加筋混凝土視為連續均勻材料。分離式模型一般采用Solid65與Link8或Solid65與Pipe16的組合方式,Link 8與Pipe 16可用來模擬鋼筋,Solid65模擬混凝土,鋼筋和混凝土共用節點。整體式方法建模簡單,分析效率高,能夠得到準確的位移結果,但得到的應力值卻不夠準確。所以,選取分離式方法進行建模,能夠得到準確的應力結果。
      采用分離式模型中的Solid65與Pipe16的組合單元。Solid65單元是ANSYS單元庫中提供的用于模擬鋼筋混凝土的單元。此單元最重要在于其對材料非線性的處理。其可模擬混凝土的開裂(3個正交方向)、壓碎、塑性變形。
      鋼筋單元的模擬采用ANSYS單元庫中的Pipe16單元,Pipe16單元能承受拉應力、壓應力以及Link8單元不能承受的彎曲及扭轉,其實體模型可進行拉伸、壓縮、塑性變形分析。
      邊界條件的模擬有四邊簡支與四邊固定兩種,真實情況介于兩者之間。
      選取四邊簡支模擬邊界條件原因如下:
      1)國內同行專家的經驗;
      2)四邊簡支處理邊界條件更加保守。
      對813#房間08035墻舉例分析,對四邊簡支與四邊固定模擬邊界條件的應力結果進行比較,施加載荷均為均布壓力荷載0.018 MPa。四邊簡支最大拉應力為1.40 MPa;四邊固定最大拉應力為0.49 Mpa。
      在事故工況下鈉泄漏量為10%時,按最大相對內壓施加均布荷載。施加載荷:309 #,813#房間最大相對內壓分別為0.006,0.018 Mpa。
       對于一般要求不出現裂縫的構件,構件受拉混凝土拉應力不應大于混凝土抗拉強度標準值,安全系數不應小于1.0,本文取1.0。
      混凝土的最大拉應力出現在墻外層的中心位置,由于快堆房間的墻壁較厚,房間內部溫度的升高對發生在墻外層的最大拉應力無太大影響,可忽略溫度的作用。
      按混凝土結構設計規范GB 50010-2002,發生鈉火房間內壓增大時,兩房間的設計強度均滿足要求。在小撓度及線彈性范圍內,最大拉應力與所受壓力呈線性關系,求得813#和309#房間能承受的最大內壓分別為0.0258和0.0709 Mpa。


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