AP1000核电站对开式普通钢质门抗震性能分析

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1、AP1000核电站对开式普通钢质门抗震性能分析张善文汤淋淋张剑峰张海军扬州大学机械工程学院江苏金秋竹集团有限公司自动门窗研究所摘要：随着化石能源的减少，核能是达到工业应用、可大规模替代化石燃料的新能源。钢质门作为核电站中重要的防护设备，其设计载荷主要有自身的重力、风载荷、重型飞射物撞击载荷、火灾作用下的温度载荷以及地震作用下的地震载荷等。本文以对开式普通钢质门为研究对象，以安全停堆地震作为设计地震载荷，采用谱分析法对其进行抗震性能分析和评估。结果表明：钢质门整体结构均能满足安全停堆抗震设计要求。钢质门以前后弯曲振动为主，左右门扇锁紧处应力最大，局部结构有待加强以提高安全裕度。关键词：AP

2、l000核龟站；对开式普通钢质门；抗震性能1前言APl000(AdvaneedPassive，百万千瓦级)核电站是一种先进的非能动型压水堆核电站，具有安全性高、经济性好、可靠性高等优点”。1。钢质门是APl000核电站中重要的防护设备，其设计载荷主要有自身的重力、风载荷、重型飞射物撞击载荷、火灾作用下的温度载荷以及地震作用下的地震载荷等。在这些载荷中，地震是引起核电站泄漏事故重要原因”，。为防止、减少核电站由于地震而造成破坏及损失，钢质门的抗震性能对于APl000核电站的安全性、经济性和可靠性具有重要意义。本文以对开式普通钢质门为研究对象，以安全停堆地震作为设计地震载荷，采用谱分析法对其

3、进行抗震性能分析和评估。总结该类型产品对地震的响应特点，为其研发提供有利的科学依据。2结构简介APl000核电站钢质门包括六种类型：向外左开式、向外右开式、向内左开式、向内右开式、向外双开子母式和向外对开普通式。本文以向外对开普通式钢质门为研究对象，其结构主要包括门扇、闭门器、合页、逃生装置、把手及锁芯等，如图1所示。左右门扇通过合页安装在门框角码上，两门扇通过门锁相接，其中右门扇的内侧靠近左门扇处采用门闩锁紧，图中未标出。逃生装置用于发生危险事故，钢质门不能正常打开时启用。门扇结构的基本参数：高度为2．25m，宽度为0．88m，厚度为50mm，其中门扇外钢板厚度为2mm，型钢采用矩形钢

4、，门的总质量为170kg。根据《核电厂抗震设计规范》，钢质门结构为II类抗震物项，钢质门主体结构在安全停堆地震载荷下能够保证其结构完整性。II类物项应按两个相互垂直的水平和一个竖直的地震作用进行计算。3抗震分析模型图1钢质门结构简图图2钢质门有限元模型本文采用谱分析法对钢质门进行抗震性能分析和评估。2016．0837(a)1阶振型璺窗盎蟹(b)2阶振型(C)3阶振型(d)4阶振型图31阶、2阶、3阶、4阶振型根据钢质门的结构特点，建立其有限元模型，如图2所示。门扇外部主要由钢板构成，采用壳单元Shelll81模拟。内部加强筋结构为矩形型钢，采用梁单元Beaml88模型。由于合页、门把手、

5、逃生装置、闭门器等五金器件质量相对于门扇的质量很小，不考虑它们对钢质门抗震性能的影响。模型中合页处节点约束三个移动自由度和两个转动自由度，左右门扇锁紧处重合节点耦合所有自由度，右门扇锁紧处节点约束所有自由。4模态分析钢质门的模态分析是谱分析的基础，为其提供不同频率下的振型。根据抗震要求，钢质门各阶自然频率所对应的的有效质量之和应大于钢质门有限元模型总质量的90％。因此，模态分析提取了钢质门的前30阶固有频率和对应的模态，对前30阶自然频率在X＼Y．＼Z三个方向上对应的质量分别求和，见表3。三个方向上的有效质量之和均大于90％，满足抗震计算要求。模态提取方法采用Blocklanczos法。

6、表3前30阶自然频率所对应的有效质量之和方向XYZ有效质量之和(k曲158154158与总质量之比(％)939193表4钢质门前30阶自然频率阶数频率阶数频率阶数频率1421135321633263123872264031071341423700416514433247225181154622573l62301649426741725617520277758283185652882293311959029862103422060530868通过计算，得到钢质门的前30阶固有频率，见表4。钢质门前4阶振型如图3所示。前四阶振型均以钢质门的弯曲振动为主。第1阶振型以左门扇上下部分向后与右门扇

7、上下部分向前弯曲振动为主。第2阶振型以左门扇上部分向前与左门扇下部分向后弯曲振动为主。第3阶振型以左右门扇上下部分向后与中部向前弯曲振动为主。第4阶振型以左门扇左侧向前与右门扇右侧向后弯曲振动为主。5谱分析ffHz’图4地震反应谱图5地震下应力分布取前30阶固有频率进行谱分析。对钢质门模型的约束处(下转第40页)382016．08_最后注意外窗副框的运输，尤其是不同楼层的材料安装，低层外窗副框的材料不能运输到高层．高层也不能放人低层