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核电工程单钢板混凝土结构抗撞击性能有限元分析

核电工程单钢板混凝土结构抗撞击性能有限元分析

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作者：张钧豪东北电力大学

学位级别：硕士

核反应堆是核电设施的重要结构,钢板混凝土结构常用于建设核电设施的建设中,用于对核反应堆等重要结构的保护。本文主要研究的单钢板混凝土结构常用于建设核电结构中的屋顶部分结构,单钢板混凝土结构具有施工效率高,受力性能好等优点。... 详细信息

核反应堆是核电设施的重要结构,钢板混凝土结构常用于建设核电设施的建设中,用于对核反应堆等重要结构的保护。本文主要研究的单钢板混凝土结构常用于建设核电结构中的屋顶部分结构,单钢板混凝土结构具有施工效率高,受力性能好等优点。核电站的安全方面存在客观需求,相关研究工作较为滞后,应该开展深入、系统化的核电站结构抗撞击的基础理论与工程实际的研究,提出有关冲击荷载作用下核电站重要设施结构损伤破坏、厂房结构和内部设施是振动响应的分析与评估方法,对我国各类标准与规范的制定提供理论基础和技术支撑。本文以单钢板混凝土结构受冲击荷载为研究对象,通过使用数值模拟方法分析单钢板混凝土结构受冲击后的破坏情况,设置多组对比试验研究单钢板混凝土的各项设计参数对其破坏形式的影响,建立了估算单钢板混凝土结构抗冲击荷载破坏情况的计算公式。首先,对核电工程中常用结构进行防撞击性能的对比,比较的结构类型包括:单钢板混凝土结构,双钢板混凝土结构,钢筋混凝土结构。在相同含钢率的情况下,对这几类结构进行比较。最后得出结论,钢筋混凝土构件的剩余速度相对于单钢板混凝土构件提高了5.7%,证明其防撞击性能略低于单钢板混凝土构件;双钢板混凝土构件的剩余速度相对于单钢板混凝土构件降低了14.8%,证明其防撞击性能强于单钢板混凝土构件。并且通过对试件结构与实验结果的比较,在混凝土外表面添加钢板结构明显比内部埋设钢筋更能提高结构的防撞击能力。其次,为了能更加全面的研究单钢板混凝土结构的抗撞击性能,本文还研究了此类结构中各项设计参数,以及在撞击过程中的一些其他参数对墙体防撞击能力的影响。研究的参数包括:钢板厚度,混凝土厚度,钢材强度,混凝土强度,钢板厚度与栓钉间距的比值,弹体入射角度。根据有限元模拟结果,其中,弹体的入射角度对靶板的防御情况有很大影响,入射角度由30°变化到60°后,入射深度下降了43%。最后,通过能量守恒的思维以及将总能量分部叠加的方法,建立了刚性弹体对单钢板混凝土结构撞击结果的估算方法。根据墙体的结构形式,墙体所吸收的弹体动能可分为三个部分:混凝土部分耗散的能量Wc;钢板部分耗散的能量Ws;拉结筋与栓钉耗散的能量W_t。这三个部分与弹体初始动能的差值得为刚性弹体贯穿单钢板混凝土结构后的剩余动能。对于两种混凝土部分耗散的能量Wc,计算结果相对于实验结果的差距分别为22%和18%,可以较为准确的估算墙体可以耗散的总动能,并且大部分数据较为保守,可以保证结构安全。

关键词：单钢板混凝土有限元模拟核电工程冲击荷载防御撞击

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