新增鋼平臺對外掛水箱的影響分析

張 莉 常新盼

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

1 概述

某三代壓水堆核電廠外層安全殼筒體外側布置有環形水箱，以實現核電廠在超設計基準事故情況下的冷卻水自然循環。水箱為典型的高空超大懸挑混凝土結構，內徑達到53 m，標高39.05 m～56 m，外懸挑長度為4 m，且水箱混凝土自重約1.2萬t，存水量超過3 000 t。基于水箱自重大懸挑長的特點，施工有很大的難度，為保證水箱施工的安全經濟及可實施性，特在水箱下新增鋼平臺。其為外掛水箱提供了施工平臺，可以適應懸挑跨度大、施工荷載大的施工情況。

本文通過ANSYS有限元軟件，采用完全時程分析法及反應譜法，從對水箱中重要設備處樓層反應譜及水箱樓板配筋兩個方面分析鋼平臺的增加對水箱的影響。

2 鋼平臺結構布置

經調研收集資料和施工方探討，從技術先進性，經濟性，安全性，對現場的影響，可實施性等各方面綜合對比確定外掛水箱施工鋼平臺采用永久鋼桁架的形式。

鋼平臺設置在水箱下方，沿外殼筒體環形布置，懸挑長度為4.9 m，伸出水箱約1 m。主桁架布設間距約4°(2.0 m～2.3 m)，桁架采用上下弦間距2 m，主桁架之間布設有上、下弦次梁。為增加整體剛度、減小水平荷載下桁架平面外受力，增設了上、下弦橫向水平支撐。每段鋼平臺兩端均布置上、下弦橫向水平支撐，中間間隔25 m左右增設水平支撐，全長布置豎向支撐。鋼平臺主桁架布置如圖1所示。

鋼平臺設計時考慮鋼桁架自重，樓板自重，壓型鋼板自重，施工活荷載，地震作用等，分別對安裝階段，施工階段，使用階段3個階段進行分析驗算。驗算內容包括桿件計算，節點設計，鋼平臺與外殼筒體的連接設計。采用STAAD Pro 鋼結構有限元分析軟件分析。

3 鋼平臺對水箱反應譜的影響

外掛水箱標高42.3 m及50.6 m樓板處布置有安全相關重要設備，包括非能動安全殼熱量導出系統(PCS)和二次側非能動余熱排出系統(PRS)。而樓層反應譜是設備抗震計算的重要輸入，水箱原樓層反應譜計算階段并未考慮此新增鋼平臺，所以分析新增鋼平臺對水箱樓層反應譜的影響至關重要。

鋼平臺對外掛水箱反應譜的影響主要通過對比換熱器位置的加速度反應譜進行分析。計算采用三維有限元整體模型，見圖2，圖3。

模型1、模型2分別為不含鋼平臺的計算模型及含鋼平臺的計算模型。模型1采用殼單元(Shell181)模擬墻體和樓板，質量單元(Mass21)模擬水箱內的水質量，3D實體單元(Solid45)模擬筏板基礎。模型2在模型1的基礎上在水箱底板位置處增加鋼平臺，鋼平臺采用Beam4單元進行模擬。計算中采用固定端分析，即對基底位置施加固結約束。計算方法為完全法時程分析法。選取外掛水箱42.3 m典型節點(換熱器位置)，對其加速度響應譜進行對比分析；對比結果詳見圖4。

從圖4中可以看出：含鋼桁架(虛線)及不含鋼桁架(實線)的X,Y,Z三個方向的加速度反應譜都吻合良好，無明顯偏離。所以計算模型中是否考慮鋼平臺對外掛水箱反應譜的影響微乎其微。

4 鋼平臺對水箱配筋的影響

針對有無鋼平臺時，本文分別計算了外掛水箱在豎向地震作用下的單工況配筋，以此分析鋼平臺對外掛水箱配筋的影響。計算軟件選擇ANSYS，三維有限元模型同第3節，見圖2，圖3。豎向地震分析采用譜分析的方法，輸入反應譜為0.3g標定的RG1.60改進型反應譜。

選取與鋼平臺“直接連接”的39.05 m,42.3 m樓板進行結果分析。圖5，圖6為39.05 m板在豎向地震作用下的X向及Y向配筋量示意圖，圖7，圖8為42.3 m板在豎向地震作用下的X向及Y向配筋量示意圖。從圖中可以看出：

1)在豎向地震作用下，考慮鋼平臺與否對外掛水箱配筋量影響不大，且考慮鋼平臺時的配筋量略小；

2)在豎向地震作用下，考慮鋼平臺與否，外掛水箱配筋量分布基本相同。因此可以認為，鋼平臺對外掛水箱配筋影響很小。

5 結語

本文采用三維有限元軟件ANSYS對某三代核電廠外掛水箱新增鋼平臺進行影響性分析。通過評估樓層反應譜及水箱配筋及計算結果，表明新增鋼平臺對水箱樓層反應譜及水箱樓板配筋影響不大，可忽略不計。