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中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR)鈉工藝間內(nèi)因鈉泄漏引起鈉火時(shí)，房間內(nèi)壓增大，可能影響事故房間的結(jié)構(gòu)完整性，從而影響相應(yīng)的安全重要物項(xiàng)的安全功能。該問(wèn)題是核安全局關(guān)注的PSAR的遺留問(wèn)題之一。本文根據(jù)工程要求，對(duì)具有代表性的309#及813#房間結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算程序?yàn)?strong>有限元分析程序ANSYS。
1) 309#是一回路放射性鈉火的典型房間，是堆外鈉系統(tǒng)眾多管道的交叉處；813#是二回路非放射性鈉火的典型房間，為二回路主泵裝置間。兩房間內(nèi)管道及泵內(nèi)鈉泄漏發(fā)生鈉火的概率較大。
2)根據(jù)已有的事故分析結(jié)果，發(fā)生鈉火內(nèi)壓增大后，兩房間的氣體壓力較高。
3)對(duì)于房間結(jié)構(gòu)的考慮。將房間墻壁當(dāng)作板處理，根據(jù)板殼力學(xué)，板的長(zhǎng)寬比與發(fā)生在板中心處的最大撓度成正比。因此，選取房間長(zhǎng)寬高中其中一個(gè)尺寸比另外兩個(gè)大許多的，這種結(jié)構(gòu)比較危險(xiǎn)。309#為南北走向長(zhǎng)型走廊，813#的立面墻高度值較大。
混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范為GB50010-2002。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)參數(shù)，墻體08035(813#)與墻體0319 (309#)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，因此，僅選取這兩面墻進(jìn)行強(qiáng)度分析。
鋼筋混凝土有限元模型根據(jù)鋼筋的處理方式主要分為3種：整體式、分離式和組合式模型。常用的為整體式和分離式。整體式有限元模型采用Solid65單元，它將鋼筋彌散于整個(gè)單元中，將加筋混凝土視為連續(xù)均勻材料。分離式模型一般采用Solid65與Link8或Solid65與Pipe16的組合方式，Link 8與Pipe 16可用來(lái)模擬鋼筋，Solid65模擬混凝土，鋼筋和混凝土共用節(jié)點(diǎn)。整體式方法建模簡(jiǎn)單，分析效率高，能夠得到準(zhǔn)確的位移結(jié)果，但得到的應(yīng)力值卻不夠準(zhǔn)確。所以，選取分離式方法進(jìn)行建模，能夠得到準(zhǔn)確的應(yīng)力結(jié)果。
采用分離式模型中的Solid65與Pipe16的組合單元。Solid65單元是ANSYS單元庫(kù)中提供的用于模擬鋼筋混凝土的單元。此單元最重要在于其對(duì)材料非線(xiàn)性的處理。其可模擬混凝土的開(kāi)裂(3個(gè)正交方向)、壓碎、塑性變形。
鋼筋單元的模擬采用ANSYS單元庫(kù)中的Pipe16單元，Pipe16單元能承受拉應(yīng)力、壓應(yīng)力以及Link8單元不能承受的彎曲及扭轉(zhuǎn)，其實(shí)體模型可進(jìn)行拉伸、壓縮、塑性變形分析。
邊界條件的模擬有四邊簡(jiǎn)支與四邊固定兩種，真實(shí)情況介于兩者之間。
選取四邊簡(jiǎn)支模擬邊界條件原因如下：
1)國(guó)內(nèi)同行專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)；
2)四邊簡(jiǎn)支處理邊界條件更加保守。
對(duì)813#房間08035墻舉例分析，對(duì)四邊簡(jiǎn)支與四邊固定模擬邊界條件的應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行比較，施加載荷均為均布?jí)毫奢d0.018 MPa。四邊簡(jiǎn)支最大拉應(yīng)力為1.40 MPa；四邊固定最大拉應(yīng)力為0.49 Mpa。
在事故工況下鈉泄漏量為10%時(shí)，按最大相對(duì)內(nèi)壓施加均布荷載。施加載荷：309 #，813#房間最大相對(duì)內(nèi)壓分別為0.006，0.018 Mpa。
對(duì)于一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，構(gòu)件受拉混凝土拉應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，安全系數(shù)不應(yīng)小于1.0，本文取1.0。
混凝土的最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在墻外層的中心位置，由于快堆房間的墻壁較厚，房間內(nèi)部溫度的升高對(duì)發(fā)生在墻外層的最大拉應(yīng)力無(wú)太大影響，可忽略溫度的作用。
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010-2002，發(fā)生鈉火房間內(nèi)壓增大時(shí)，兩房間的設(shè)計(jì)強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求。在小撓度及線(xiàn)彈性范圍內(nèi)，最大拉應(yīng)力與所受壓力呈線(xiàn)性關(guān)系，求得813#和309#房間能承受的最大內(nèi)壓分別為0.0258和0.0709 Mpa。
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