CPR1000核电厂安全壳撞击试验研究

安全壳是核电厂中防止放射性物质外泄的最后一道屏障。为研究安全壳在飞行物撞击下的响应,以CPR1000核电厂安全壳为研究对象,依据弹性力-重力相似律,设计建造了一个几何比尺为1∶20的仿真混凝土安全壳模型。以小型飞机(新舟600)和大型商用飞机(波音737-800)为原型飞行物,在相同相似关系下以刚性物为模型飞行物来模拟飞机撞击安全壳的模型试验,研究安全壳结构在飞机撞击作用下的动力响应、破坏现象和损伤破坏过程。试验结果表明:核电厂安全壳结构在小型飞机撞击作用下会出现局部冲剪破坏,结构能保持弹性完整性;在大型商用飞机的第1次撞击作用下,安全壳会出现大量的宏观裂纹,但整体能保持基本完好,没有出现整体性的破坏和倒塌现象,而在第2次撞击作用下,安全壳则发生倒塌。     

基于机器学习的钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法增强出版（附加材料可在文章详情页“评审附件”下载）

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此,准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据,采用机器学习方法,提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中,第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量,采用机器学习中的回归算法,建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量,采用机器学习中的分类算法,对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别,实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳;极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果;相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法,提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果,分类精度可以达到96%。     

Experimental study on a large aircraft impacting reinforced concrete nuclear containment structure model

美国9·11恐怖袭击事件后，核电厂房抵御大型商用飞机恶意撞击成为核安全领域备受关注的热点问题。为真实准确地研究大飞机撞击下核电厂房结构的损伤破坏及振动特性，基于某新型反应堆核电厂房结构，设计了大飞机撞击钢筋混凝土核安全壳模型试验，获得了核安全壳结构遭受大飞机撞击时相对完整的试验数据及物理参数。试验结果表明：当大飞机模型以我国核电厂厂址选择安全导则中建议的基准速度100 m/s撞击时，安全壳模型发生局部碎甲破坏，但壳体的主筋整体性能完好，钢筋网有效阻止了大飞机模型的侵入破坏。依据试验结果研究了钢筋混凝土安全壳结构在大飞机撞击作用下的损伤破坏规律和特点，分析了结构的撞击振动反应特性。根据试验结果反演至原型结构，安全壳结构的环梁牛腿处和筒体与穹顶连接处峰值加速度较大，分别为39.5g和47.2g，底板处水平和竖向峰值加速度相对较小，但仍达到3.45g和4.37g。壳体直接撞击区钢筋发生屈服，而在壳体碎甲区之外，各测点的钢筋应变均小于屈服应变，钢筋未发生屈服，钢筋混凝土壳体未发生由振动导致的破坏。     

核电站在大型商用客机撞击下损伤破坏研究进展

2001年9·11事件后,美国核能管理委员会、核能研究院和能源部以及我国核安全局相继出台相关规范,明确规定核电站设计必须考虑大型商用客机的意外和恐怖性撞击作用。从飞机机身的整体撞击效应、引擎局部撞击效应以及核岛厂房结构振动3方面,回顾了核电站重要基础设施在飞机撞击下损伤破坏的理论模型、原型和缩尺试验以及数值仿真研究等的工作进展,对课题组近年来在该领域的研究工作进行了简要介绍,包括4种典型飞机（F4战斗机、空客A320、A380和新舟MA600）和4类核岛设施（预应力钢筋混凝土屏蔽厂房、普通钢筋混凝土屏蔽与附属厂房、钢板混凝土屏蔽与附属厂房,普通钢筋混凝土大型冷却塔）的精细化有限元模型及其撞击全过程的数值仿真分析。此外,介绍了引擎撞击普通钢筋混凝土和超高性能混凝土靶板的缩尺试验和数值模拟分析工作,以及引擎撞击局部效应的计算方法。最后,指出了该领域已有研究在撞击力计算、整体响应、局部破坏、振动效应和多灾害作用方面的不足和进一步研究方向的建议。     

核电站安全壳混凝土结构长期预应力预测模型初步研究

基于ACI209R-92、CEB-FIP(1990)、GL2000收缩与徐变模型基础,充分考虑了混凝土的收缩、徐变和预应力钢筋松弛的耦合作用后推导出安全壳长期预应力预测的计算模型。通过计算分析,其中基于CEB-FIP(1990)模型的预测值与实测值更为接近。采用3 000 h内的预应力监测值修正模型后,该模型对长期预应力值的预测更为合理。该研究成果为核电站的长寿期运行提供了很好的技术支撑。     

整体结构中钢筋混凝土双向板火灾试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对足尺整体结构中钢筋混凝土双向板在火灾作用下的性能进行试验研究。介绍了整体结构足尺模型与火灾试验炉的设计、试验方案以及观测内容和方法,描述了试验现象及板的破坏特征,研究了双向板在受火过程中沿板厚的温度场分布规律以及板平面外和平面内的变形。结果表明：火灾作用下,沿板厚存在非线性温度场及较大的温度梯度;整体结构中相邻未受火构件的约束对受火双向板的火灾行为影响显著;主裂缝出现在受火板板顶靠近内板边的1/4跨度处（板顶负弯矩钢筋截断处）,由于结构连续性及相邻构件间的互相约束,与受火板相邻的未受火板顶也出现了规则裂缝;受火板顶主裂缝的形成和发展引起板内弯矩重分布,导致最大平面外位移最终发生在距板中心不远,偏向于内板边的位置;整体结构中钢筋混凝土双向板具有较好的抗火性能。     

板柱体系模型动力试验研究

针对民防工程抗力加固问题,采用量纲分析和微分方程法推导和分析钢筋混凝土板柱体系模型动力试验的相似比并建立试验模型。开展板柱体系立柱加固模型的动力性能试验研究。了解在核爆炸冲击波载荷作用下无边墙、无柱帽板柱体系的动力性能、破坏形态和采用后加柱加固的实际效果等问题。研究表明,采用后加柱加固明显改变结构的破坏形态,较大提高整个结构尤其是结构顶板的承载能力;无柱帽板柱体系的节点抗冲切破坏问题是一个薄弱环节。     

大型预制预应力混凝土空间结构试验研究

以上海旗忠网球中心预制预应力混凝土看台结构为原型,设计了1∶15缩尺模型,在国内首次开展了大型预制预应力混凝土空间结构单调静力全过程试验研究与非线性有限元分析,重点研究了结构的破坏形态、破坏机制以及裂缝发展、预应力筋应力增量、钢拉杆应力和截面曲率等的变化规律。研究表明:结构由于径向主梁根部混凝土的压碎而导致破坏;在设计荷载作用下结构基本处于弹性工作状态且整体性能良好;裂缝最早出现在相邻预制斜梁的环梁一之间的拼缝处;在加载前期64根预制斜梁在预应力的作用下能够较好地实现共同工作,而在加载后期各预制斜梁则形成局部受力机制单独承载,并最终在径向主梁根部发生压弯破坏;结构有较大的安全储备和变形能力,结构整体位移延性系数达到了2.04。本文研究成果可为大型预制预应力混凝土空间结构的推广和应用提供试验与理论依据。     

基于舒适度要求的钢筋混凝土结构动力优化设计

为获得结构振动的最佳舒适度,论文建立了使用变尺度混沌优化算法的钢筋混凝土结构动力学优化模型,并编制了相应的软件MDMO。使用Ansys软件和MDMO软件对某三层钢筋混凝土办公楼进行了计算与分析比较,结果表明本文建立的模型可以有效改善结构振动的舒适度,可以应用于实际工程的结构设计中。     

钢筋混凝土框架-剪力墙模型结构的拟动力试验研究

为进一步研究框架-剪力墙结构的抗震性能,以某大型火电厂7层7跨钢筋混凝土主厂房纵向框架-剪力墙结构体系的实际工程资料为背景,取几何缩尺比1∶8将原型结构转化为模型结构,分别通过不同地震水平的拟动力试验和伪静力试验对模型结构的开裂、屈服顺序、耗能能力、刚度退化、承载力、延性及变形性能等进行研究,分析了模型结构的破坏机理、受力特点、内力分布规律、结构的薄弱部位和动力反应。试验表明,模型结构的荷载-侧移滞回曲线饱满,耗能能力较好,具有良好的抗震性能,其破坏模式是剪力墙根部先屈服、随后梁端逐次出现塑性铰、最后柱根屈服;剪力墙对结构的承载能力和变形性能有较大影响,框架-剪力墙的协同工作随结构塑性变形的发展而变化。研究结果为此类结构的抗震设计提供了基础。     

适量注芯混凝土砌块结构模型振动台试验研究

通过对6层适量注芯混凝土小型空心砌块配筋砌体结构模型进行地震模拟振动台试验,分析结构体系的结构动力特性、加速度放大反应、最大层间位移角等,研究其在抗震设防烈度为7度构造措施条件下的结构抗震性能、屈服机制。试验结果表明：配筋砌体模型结构在地震作用下的整体变形仍以剪切变形为主;在输入不同地震波、不同峰值加速度时,结构横向所能承受的输入峰值加速度的平均值比纵向要高,横向变形大于纵向变形,说明结构纵向抗震能力要强于横向;圈梁、构造柱以及水平拉结筋构成的约束体系作用明显,结构在基本烈度地震作用下抗破坏能力较强,能够满足抗震规范规定的在7度区“大震不倒”的要求;结构在罕遇地震作用下也具有相当的抗震能力。     

用增设钢筋混凝土墙提高砌体结构抗震性能的试验研究

目前大量既有多层砌体结构住宅面临增设电梯、成套改造等功能性改造的需求,利用功能性改造时后加的混凝土墙提高既有多层砌体结构的抗震性能是一种有益的探索。文中提出了三种后加混凝土墙与砌体墙的连接方式,并进行了7个后加混凝土-砌体组合墙体试件及其对比试件的低周反复加载试验,研究了其破坏模式、滞回性能、承载能力、变形能力、耗能与延性等。试验结果表明：三种连接方式均能有效保证后加混凝土墙与砌体墙的协同工作,其中植筋连接方式最为简便实用;后加混凝土墙不对称布置时,正、反两个方向的刚度退化过程不同但承载能力和变形能力无明显差异;增设混凝土墙后砌体墙的承载能力、变形和耗能能力大幅度提升,刚度退化明显改善;组合墙体中后加混凝土墙和砌体墙的抗剪能力均能充分发挥。基于黏性界面模拟砂浆层的分离式三维实体有限元分析方法能够较好地模拟组合墙体试件的骨架曲线和破坏形态。根据试验结论提出的受剪承载力计算公式与试验结果吻合良好。