某核电厂模块墙体力学性能研究

某核电厂模块墙体力学性能研究

周传志

（上海核工程研究设计院有限公司）

摘要：本文对某模块墙体进行了分析，计算了不同水平荷载作用下混凝土的应力，以研究这种因素对模块墙体受力的影响。结果表明：蒸汽发生器安装时，水平荷载对墙体混凝土的内力(尤其是拉应力)的影响较为明显。因此，应在无风或风力较小时吊装蒸汽发生器，以减少水平荷载的影响。

关键词：模块墙体；混凝土；拉应力；压应力

1、引言

本核电厂蒸汽发生器安装采用开顶法施工技术，而以往的吊装就位采用从设备闸门移入的安装方法。这种吊装方式可以缩短设备的安装周期，减少占用反应堆厂房的空间。由于蒸汽发生器较重，这种吊装方式对模块墙体是一种挑战。本文对蒸汽发生器安装时，蒸汽发生器临时支撑处模块墙体进行了受力分析，并在此基础上分析了水平荷载的大小对的模块墙体的影响。

2、计算模型描述

本文所分析的对象是由模块上部及其中填充的混凝土组成的墙体。墙体厚度约为760mm,墙高约为4m。

本文利用ANSYS有限元分析软件，分别采用板壳单元，梁单元及实体单元模拟结构构件，并利用质量单元施加荷载。其中壳单元SHEll43用于模拟钢板，梁单元BEAM44用于模拟钢桁架，实体单元SOLID65用于模拟混凝土。钢板与混凝土之间有剪力钉提供连接，本文假定混凝土与钢板为刚接。本文假定所建立的有限元模型与基础固接。

安装在模块墙体处的蒸汽发生器临时支撑刚度较大，本文用如下方法对模块墙体施加荷载：将蒸汽发生器临时支撑处的墙体顶部考虑成刚域，将荷载作用在刚域的中心。墙体每边分别作用一个水平荷载及一个竖向荷载。

3、计算结果

由分析结果可知，模块墙体在蒸汽发生器安装时，墙体强度的主要控制因素为混凝土的应力。图1给出了模块墙体中混凝土的应力分布。

图1墙体混凝土拉应力与压应力云图

4、水平荷载的影响

为研究水平荷载对模块墙体混凝土应力的影响，本文对11种不同水平荷载的下有限元模型进行了分析。具体方法如下：保持竖向荷载不变，逐渐增大模块墙体的水平荷载，以0kN为第一级，每级增大50kN直至500kN,共计11种水平荷载。所得结果如图2和图3所示。

图2墙体混凝土最大拉应力与水平荷载的关系

图3墙体混凝土最大压应力与水平荷载的关系

由图2和图3可知，随着水平荷载的增加，混凝土的最大拉应力和最大压应力也随之增加，在水平荷载达到200kN时，这种影响更加明显。产生上述结果的原因是：随着水平荷载的增加，模块墙体的受力方式逐渐从简单的竖向受压的方式，转变为竖向受压和横向受弯，并且横向受弯的作用逐渐增强。而混凝土的最大拉应力主要受横向受弯作用也就是水平荷载的影响，因此，可以发现混凝土应力最大值出现在墙的转角及外荷载附近，并且变化量较大。与之相比，混凝土的最大压应力变化量较小。

5、结论

本文结合蒸汽发生器临时支撑处模块墙体处的力学分析，提出了安装蒸汽发生器时影响墙体混凝土内力的因素：水平荷载的大小。并对这种因素作了具体的力学分析，得到以下结论：安装蒸汽发生器时，水平荷载的大小对墙体混凝土的内力(尤其是拉应力)的影响较为明显，随着水平荷载的增加，混凝土的内力逐渐增加。因此，应在无风或风力较小时吊装蒸汽发生器，以减少水平荷载的影响。

参考文献

[1]魏俊明，孙良善.AP1000核电机组蒸汽发生器的安装.电力建设，2009，11

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[4]王新敏.ANSYS工程结构数值分析，北京，人民交通出版社，2007.