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        新聞資訊

        淺析儲氣罐的抗震性
        摘要:對某發電機組配套的儲氣罐進行結構計算分析。介紹了該結構的力學建模過程,地震響應譜分析方法的求解過程,得到了結構的固有頻率、振型和地震載荷下的響應,并計算結構在重力、內壓、地震等多種載荷組合下的應力進行評定和強度校核結果表明儲氣罐的結構強足規范要求。
        關鍵詞:儲氣罐 抗震 應力 核電站
        相關設施的抗震性能的重要的意義。
        為保障核電站的運行安全,國際上核國家建立了系統的核電站相關設施抗震設計與驗收的原則、規范和法規,以保證相關設施在發生安全停堆地震情況下繼續維持結構的完整性和可運行性。目前,設備的抗震鑒定方法主要有試驗法、分析法。電氣設備一般以試驗鑒定為主,而機械設備大多采用分析鑒定??拐鸱治龇椒ㄓ袃煞N:一是等效靜力地震法,其計算結果偏于保守;二是動態響應法,應用最廣的是地震響應譜法。某核電站應急柴油發電機組配套的儲氣罐,其安全功能等級為F2,屬于抗震1類設備。利用有限元軟件對該儲氣罐進行抗震分析,首先借助前后處理軟件MSC .建立儲氣罐力模型,其次借助結構分析軟件MSC .開展儲氣罐的靜力分析、地震響應分析,最后依據相關標準和規范實施應力評定和強度校核,為儲氣罐的抗震評估提供參考依據。
        的重力作用(質量約為1 675 kg)、內壓力(罐內壓縮空氣最高工作壓力為3 MPa)以及外部附件作用于管口的推力載荷(表3,其中F 為作用的力,M 為作用的力矩)。儲氣罐安裝在廠房0 m 層,地震載荷(SL)輸入采用0.0 m 層設計樓層反應譜的加速度值(表4),阻尼比為0.04。采用板殼元(SHELL)、梁單元(BEAM)以及集中質量單元(MASS)建立儲氣罐的有限元計算模型(圖2),其中:儲氣罐筒體、封頭、人孔及支腿作為重點分析部件,采用板殼單元進行模擬;接管采用梁單元進行模擬;其他如法蘭、儀表、安全閥等非重點分析部件,采用集中質量單元進行模擬,將質量施加在結構相應的節點位置。對儲氣罐實施靜力分析和模態分析時,將支腿底板與基礎錨固板之間的焊縫作為固定邊界,約束所有節點的6 個方向自由度。對儲氣罐實施地震響應譜分析時,建立一個大質量點單元用以模擬大地,支腿底板與錨固板之間的焊縫,采用剛性連接的多點約束單元(MPC)進行模擬。地震作用力通過MPC 單元傳遞給儲氣罐結構。4 應力評定準則對板殼結構單元,依據RCCM 規范[1]進行應力評定(表5,其中:p m 為總體薄膜應力,MPa;p b 為彎曲應力,MPa;S 為材料的基本許用應力,MPa)。對于支腿底板與基礎錨固板之間的角焊縫,采歐洲標準EN 1993-1-8[6]實施應力評定。支腿底板與基礎錨固板之間角焊縫的應力需要滿足下式:式中:s w 為焊縫的計算應力,MPa;[s ]=0.85 S 為焊縫的許用應力,MPa;s ⊥為垂直于焊縫有效截面的正應力,MPa;t ⊥和t // 分別為有效截面內垂直和平行于焊縫長度方向的切應力,MPa。5 地震響應譜分析方法儲氣罐地震響應譜分析方法的求解過程:①基于模態分析獲得固有頻率及振型;②通過振型分解方法獲得各階模態響應,如支反力、位移、應力等;③通過平方和的平方根(SRSS)法對各種響應進行組合,獲得結構的地震響應。令x r (t )為基座運動u r (t )引起的單自由度振子響應,即:xr + 2 gwxr +w 2xr =-u r (t )于是,物理點k 的實際響應u k (t )為:采用平方和的平方根法對各響應進行組合,響應6 計算結果與應力評定
        6.1 固有頻率的計算
        基于Lanczos 方法的模態分析,得到50 Hz 內的所有模態。第1 階模態反映了儲氣罐在水平z 方向的擺動(圖3),其固有頻率為29.309 Hz。6.2 應力評定根據儲氣罐本體及支腿的應力評定結果(表6,本體應力考慮了鋼板腐蝕減薄的影響),儲氣罐本體及支腿的應力計算值均小于應力限值。結構在DW+SL工況下的應力云圖(圖4)表明:結構的最大應力位于筒體與人孔的連接處。6.3 焊縫應力的檢查對儲氣罐支腿底板與錨固板之間的角焊縫進行測量檢查,結果表明:高度為8 mm,有效厚度為5.6 mm。以C 級載荷(DW+SL)工況下的最大支反力為基準,
        可得角焊縫的計算應力為9.9 MPa,遠低于許用應力122 MPa,因此焊縫應力滿足強度要求。
        綜上所述,通過MSC . Patran和結構分析軟件MSC ,對該核電站柴油發電機組配套的儲氣罐進行抗震計算,并依RCCM進行應力評定,結果表明該儲氣罐的結構設計能夠滿足抗震的性能要求。上述計算方法用于對儲氣罐的抗震結構設計和抗震評估,以提高儲氣罐在地震時安全性。
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