核电厂防龙卷风密封门的强度与抗震计算.pdf

第6期
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核电厂防龙卷风密封门的强度与抗震计算
房柯,兰麒,张海春
(中国核电工程有限公司核设备所,北京100840)
[摘要]本文对国内某核电厂防龙老风密封门的强度和抗震进行了计算。根据工艺条件,对结构方策进行了强度校核,根
据该门所在厂房位置叠加自重和地震载荷,应用 ANSYS软件进行了应力分析并得出了相关结论。
关键词]核电厂;密封门;防龙卷风; ANSYS;强度校核;抗震计算
龙卷风对建筑物的破坏作用相当大。核电厂(汽车)重:Q1=1800kg,重型硬飞射物(穿甲
核岛建筑外门和部分常规岛外门的设计均应考虑炮弹)重:Q2=125kg(200mm),直径25mm的实
龙卷风的破坏作用,特别是需要有效阻挡由龙卷心钢球(直接穿透门体小开孔的硬飞射物)。
风引起的飞射物进入建筑物致使内部设备遭受破2计算准则
坏。鉴于目前国内制造厂关于防龙卷风门强度的
评定方法、抗震计算不够规范,缺少用户信服和
本龙卷风密封门在结构设计和强度计算时应
满意的报告,为此,本文研究了防龙卷风门的强
考虑承受龙卷风载荷和有效阻挡龙卷风产生的飞
度与抗巖计算方法
射物对门板的冲击载荷,同时门扇需考虑有效密
封(当汽车击中门扇时,结构钢梁的最大挠跨比
本文分析的防龙卷风密封],要求能够承受
不大于1300)和有效防火,并在极限地震载荷下
龙卷风风载和重型飞射物撞击荷载的共同作用,
不会产生较大变形,具备良好的稳定性。
并可以承受SSE地震荷载,同时具备防火和密封
性,这些要求给结构设计和强度计算带来了一定
2.1设计工况
难度。
按照EJ/T420-1989《压水堆核电厂安全重要土
建结构抗龙卷风设计规定》的描述,龙卷风荷载
1主要设计参数
是处于具有很低概率的极端环境条件下,因此不
1.1设备分级和技术特性
再考虑各载荷叠加组合(如地震载荷和火灾),
核安全等级:LS;抗震类别:1F(要求在安抗震计算在第5节单独校核,防火考虑结构设计
全停堆地震下(SSE)须保持其功能完整性);门洞时在门体内表面蒙防火型钢板并填充轻型防火材
尺寸:(宽)800mm×(高)2200m;密封要求:密料。计算时材料的许用应力按常温(20℃)考
闭,在运行压力100dpa下允许的空气泄漏量小于虑。
/ECUN OL
2.2风载总效应需考虑龙卷风风压载荷(W)、差
主体材料:碳钢Q235;材料弹性模量:压载荷(Wっ)和重型飞射物载荷(Wm)的各种工
E=2.0×10°MPa;泊松比:u=0.3;抗拉强度
况组合的最大值W
S.=375MPa;屈服强度:S,=235MPa;许用应2.3旋转的龙巻风压力效应假定与直线平移的常
力:S=113MPa;铰链材料:Q390B査RCC-M规风相同;飞射物碰撞速度根据HAD101/10和EJ
得20℃时许用应力:113MPa;销轴材料
T420-1989综合考虑,取上限最大风速的35%:
lCr17Ni2,抗拉强度:Su=1080MPa。
V6-40.6m/
2引用某核电工程龙卷风设计基准参数作为风载2.4由于风压分布的不均匀性,引入尺寸系数K1来
荷设计依据
按富士达皮尔森分类为F4级;上限最大风
速:116m/s;平移风速Vtr=25m/s;旋转半径138
作者简介:房柯(1982-),男,北京人,双学士学位,工程
师。在中国核电工程有限公司核设备所任核工程工艺设备工程
m:;最大大气压降为Pm=10.1KPa;重型软飞射物师
4-口论文广场
石油和化工设备
2013年第16卷
计算结构对所受龙卷风压力的影响;由于差压载
用 Ansys程序的壳单元( SHELL63单元)对该
荷分布的不均匀性,本案例需考虑密封性,因此密封门建模,这里主要是对门框结构进行分析,
取全部差压值;龙卷风的风压载荷和差压载荷可模型中将轻型防火材料的重量加在门框结构中
作静态载荷处理。
进行自重与SSE地震工况下的力学分析,有限元模
3防龙卷风门结构强度计算
型见附图1
门扇设计方案采用型钢作骨架并外蒙钢板覆
面结构,采用型钢为确保门扇刚度,采用钢板覆
面为确保门扇免遭被龙卷风刮起的飞射物击穿。
方案见图1
3.1龙卷风载荷计算
风压载荷;
Ww=kl×K2xW。=0.98×0.8×8250.21=6468.17Pa
其中:K1为尺寸系数,0.98;K2为风载体型
系数,0.8;W为设计基准龙卷风的风压,8250.2
计算门扇面积
S=(长)2.36m×(宽)1.0m=2.36m
差压载荷根据龙卷风大气压力降分布图选
择Wp=-13500Pa(偏保守,方向为水平指向厂房
外)
3.,2龙卷风飞射物载荷计算
付于125kg的尖头硬飞射物,钢板不会被击穿
的最小厚度
(M×V
2、.667
9.91x10'=
(125x40.6/2)
×9.91x10-=0.0]1m
D
因此门扇外蒙钢板的最小厚度取12mm
撞击时撞击力ー时间的函数:
RTAF.
F(t)=20.5 Mosin20t;0式中:sin20t计算肘按0.0785s取1。
重量1800kg的汽车撞击时门扇的最大等效静
态力:
F3=K20.5MVo=1.4×20.5×1800X40.6
图1防龙巻风密封门结构简图
=20973960N)
K为动力系数,取k=1.4
计算时固定两处铰链的X、Y、Z方向的三个
Wm=F3/S=2097396/2.36=888727.12Pa
平动自由度和X、Y方向的转动自由度,门问处的
全部六个方向自由度,以及门板上四个锁紧把手
综上,龙卷风载荷的总效应W取各种组合处Y方向的平动自由度,还应约束内门框处所有节
应力的最大值,经计算后得到最大值及组合方式
点的Y方向自由度。
3.4程序
W=Ww+W=6468.17+888727.12=895195.29P?a
采用通用有限元程序 Ansys10.0程序对支架进
3.3计算模型
行力学分析,该程序在我国核电设备设计分析中