内压荷载下EPR核电站安全壳非线性有限元分析

安全壳是确保核电站安全的关键设施,研究内压荷载下安全壳承载能力问题具有重要理论意义和工程应用价值。本文以欧洲提出的第三代原子能反应堆(Evolutionary power reactors,简称EPR)核电站安全壳为工程背景,考虑重力和预应力筋的作用,利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立复杂的三维实体有限元模型,通过分析预应力筋的平均应力、安全壳变形及其混凝土应变,证实设计内压荷载作用下安全壳受力性能良好。在此基础上,采用两种极限状态判断准则(混凝土的拉应变准则和预应力筋的屈服应力准则),对其进行了极限状态分析。研究结果表明,该EPR核电站安全壳的内压极限承载力约为1.60MPa,其安全裕度能够满足极限承载力大于2.5倍设计内压的国际标准,从而验证了设计的安全性。     

某大型LNG储罐预应力施工模拟分析

储罐外罐是确保LNG储罐安全的关键设施,预应力筋施工过程是建立结构受力体系的重要环节,研究其建立过程对LNG储罐具有重要意义。以某大型LNG储罐为背景,选用大型通用有限元软件ANSYS建立有限元实体模型,分析了LNG储罐在预应力筋施工过程中罐体的变形、应力状态以及预应力筋应力状态,验证了LNG储罐罐体在预应力施工过程中受力性能良好并在控制范围内。     

布置倒U型与倒V型预应力筋的安全壳受力性能分析

以某核电站安全壳为背景,在原设计方案环向预应力筋和竖向预应力筋正交布置方式(HP-VTPT)与双向交叉螺旋线型预应力筋布置方式基础上,提出倒U型与倒V型预应力筋混合布置方式(IU-IVPT);基于安全壳混凝土的预应力一致原则,推导了由HP-VT-PT布置方式向IU-IV-PT布置方式转换的算式;选用大型通用有限元软件ANSYS,建立有限元实体模型,从顶点竖向位移、筒身径向位移和混凝土应力等方面分析,IU-IV-PT布置方式下安全壳受力性能与HP-VT-PT布置方式下受力性能基本一致,并采用等效荷载法验证了两种预应力筋布置方式是等价的,对其在水平荷载下进行推覆分析,结果表明:安全壳屈服时侧向位移和基底剪力屈服值分别提高64%和28%。     

核电站混凝土安全壳中预应力的分布和损失

研究了核电站安全壳预应力系统建立过程中混凝土的应力值、安全壳应力分布模式以及由于施加预应力产生的变形情况 ,并把这些数据与在安全壳结构强度试验 (SIT)中得到的值进行比较分析。通过理论计算 ,讨论安全壳中预应力损失及其安全性问题     

预应力混凝土安全壳模型施工期和后续使用性能分析

安全壳结构是核电站的一道重要安全屏障,其在施工期和后续使用期间的安全性备受关注。通过商业有限元软件ABAQUS建立安全壳结构模型(缩尺比例1∶3)研究在自重、混凝土收缩、预应力以及设计基准内压等荷载作用下安全壳的应力发展、变形情况以及开裂行为。计算结果表明,混凝土的收缩会使得受到约束的壳体底部大体积混凝土开裂。施加预应力后,孔洞周围混凝土会产生裂缝。在基准内压荷载作用下,部分裂缝会进一步扩展和延伸,但其他主体结构部分并未开裂。预应力钢筋的Von Mises应力有所增加,但并未达到钢材的屈服强度。研究结果可用于指导现有核电站的设计和施工。     

无粘结预应力筋极限应力计算方法

建立了基于增量变形的适用于无粘结预应力混凝土梁受力全过程的数值分析方法,可用来分析正常使用状态及承载能力极限状态下,无粘结预应力筋应力的变化情况。本文的方法能够模拟混凝土梁开裂引起的结构刚度变化情况,利用本文所建立的分析方法,研究了不同加载方式、跨高比、预应力筋线形对无粘结预应力筋应力增量的影响。与现有理论计算方法及试验结论的对比结果表明基于增量变形的数值方法略大于理论计算结果,并准确反映了无粘结预应力筋的应力增量与关键截面变形值接近直线关系这一结构机理,说明利用基于增量变形的数值方法可对无粘结预应力筋的应力变化、无粘结预应力混凝土梁的抗弯强度进行较合理而精确的评估。     

核电站安全壳锚固区局部应力研究

针对核电站安全壳大吨位钢索张拉的结构安全性,用三维有限元方法建立考虑锚具、网格钢筋以及孔道影响的精细分析计算模型,研究了锚固区混凝土的主应力分布状况以及传递机理;同时结合锚固区混凝土局部承压应力分布规律,为优化锚具结构和降低成本提供理论依据。研究结果表明,用网格筋代替螺旋筋可以提高试件开裂承载力并可以有效地控制劈裂裂缝的开展;张拉过程中锚具本身的应力低于材料的屈服应力;锚垫板下侧的拉裂破坏是可能导致核电站安全壳专用锚具在钢索张拉过程中损伤的主要破损类型。     

核电站安全壳锚固区局部应力研究

针对核电站安全壳大吨位钢索张拉的结构安全性,用三维有限元方法建立考虑锚具、网格钢筋以及孔道影响的精细分析计算模型,研究了锚固区混凝土的主应力分布状况以及传递机理,结合锚固区混凝土局部承压应力分布规律,为优化锚具结构和降低成本提供理论依据。研究结果表明,用网格筋代替螺旋筋可以提高试件开裂承载力并可以有效地控制劈裂裂缝的开展;张拉过程中锚具本身的应力低于材料的屈服应力;锚垫板下侧的拉裂破坏是可能导致核电站安全壳专用锚具在钢索张拉过程中损伤的主要破损类型。     

无应力状态法在预应力混凝土结构中的应用分析

本文以大跨径预应力钢筋混凝土斜拉桥为研究背景,运用 Midas/Civil 有限元软件,对预应力混凝土斜拉桥施工过程进行了数值模拟。根据无应力状态法对结构进行了计算分析,得到了各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。通过各施工阶段高程、应力实测值、索力实测值与理论计算值的对比分析,验证了计算模型和分析方法的正确性,希望可以对类似桥梁工程的设计和施工起到借鉴作用。     

核电站混凝土安全壳及相关设施老化特征

核电站安全壳及相关设施老化对核电站安全运营有重要影响。根据美国核管会和国际原子能组织的调查报告,对核电站安全壳及相关设施的老化特征进行了分析和总结。分析表明:安全壳混凝土最常见的老化问题为混凝土裂缝、材料剥离和孔洞;预应力系统为预应力筋锈蚀、预应力损失过大、预应力锚具开裂或失效和预应力筋孔道漏浆;内衬及钢结构构件为局部锈蚀和疲劳损伤。加强老化管理可有效提高安全壳结构的运营寿命。     

缓粘结预应力井字梁设计与施工

大跨度井字梁结构采用缓粘结预应力技术,通过预应力结构设计合理地利用预应力钢筋线型,有效地解决在井字梁挠度变形及裂缝宽度的问题。同时结合双向预应力钢绞线的施工难点,着重阐述预应力筋定位、预应力筋张拉顺序和张拉应力控制中的施工技术要点。     

安全壳极限承载力中预应力的数值模拟

某核电厂的安全壳采用了预应力混凝土结构,其中预应力钢束布置形式比较复杂。结合安全壳结构极限承载力项目,根据安全壳预应力钢束的特殊布置形式,对钢束的几何形状进行研究,推导出了钢束的空间几何曲线方程,采用MATLAB对预应力钢束进行了数值计算,完成了ABAQUS有限元模型中钢束的定位和建模工作,计算每根钢束各个位置的预应力值,并完成了加载工作。通过已有的数据可以验证,钢束定位和预应力计算结果具有较高的精度。所述的方法对于安全壳的预应力设计和施工也有较大的指导意义。     

预应力混凝土安全壳结构极限承载力分析相关问题的探讨

预应力混凝土安全壳在国内核电站中应用广泛,其工作性能与核安全密切相关,需采用科学的分析手段对安全壳的结构极限承载能力进行评估,以满足准确制定核电站严重事故管理导则的需要。针对常用的大型有限元软件Abaqus在预应力混凝土安全壳结构极限承载力分析中的一些关键问题进行讨论。     

预应力混凝土连续梁桥最终体系转换工序倒置影响分析

在采用悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥的最终体系转换阶段,现场人员容易忽略拆除临时支座再张拉剩余预应力索的两关键工况的先后顺序。文中以某常见的变截面预应力混凝土连续箱梁桥为例,采取有限元软件MIDAS CIVIL分别计算了工序倒置后对成桥线形、应力分布和预应力损失的影响,结果表明对应力分布影响较大,易造成局部拉裂,应引起高度重视。     

圆柱形预应力混凝土污泥消化池的受力分析

为研究圆柱形预应力混凝土污泥消化池的应力变化情况，对某污水处理厂污泥消化池进行了施加预应力阶段和试水阶段的原型监测试验，并采用三维有限元方法进行了分析计算。结果表明：三维有限元方法的计算值和原型检测结果符合良好，池壁混凝土在预应力作用下沿高度和环向的应力分布规律与内水荷载作用下沿高度和环向的应力分布规律相同，但拉、压应力方向相反；在施加预应力阶段及使用期，池壁混凝土局部存在的拉应力值在设计允许的范围内，在满水闲气试验中池壁混凝土基本处于受环向和竖向压应力状态。此外，还对影响池壁混凝土应力分布均匀性的主要因素进行了分析。     

预应力混凝土结构非线性有限元分析

提出了能反映预应力钢筋与混凝土间相对滑移和相互作用的单元模型,此模型可模拟预应力钢筋的张拉和用于无粘结预应力混凝土结构分析。采用这一单元模型建立了预应力混凝土结构的非线性分析有限元模型,非线性方面考虑了材料和几何非线性、预应力摩擦损失、钢筋松弛、混凝土收缩和徐变等因素。该有限元模型可用于有粘结和无粘结预应力混凝土结构张拉施工和工作阶段的全过程分析,分析内容包括弹塑性变形、混凝土开裂和破坏等。最后给出了有粘结和无粘结预应力混凝土连续梁的分析实例,受力变形、破坏形态等的分析结果与试验结果吻合良好,验证了该模型的合理性和有效性。     

核电厂安全壳结构的内压承载能力计算分析

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。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,并对安全壳进行了极限承载力分析。     

核电厂安全壳预应力摩擦及锚固损失分析

在核电站安全壳的研究中,预应力的分析计算是十分重要的一部分。安全壳预应力筋分布密集、复杂,特别是在闸门洞口这个敏感部位更是出现了三维空间曲线形状,加大了摩擦损失,必须予以考虑。本文通过对CPR1000堆型安全壳预应力的摩擦及锚固损失分析,给出了反向摩擦影响长度的简单计算方法和安全壳标准段,闸门洞口附近以及安全壳穹顶预应力筋沿长度方向的应力变化曲线,供工程设计人员参考。