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考虑预应力损失影响的安全壳安全性能研究

原子能科学技术 2023年第3期57卷 600-608页

作者：苏春阳郑志潘晓兰孙晔王勇田澳楠太原理工大学土木工程学院山西太原030024

预应力损失对安全壳在内压作用下的安全性能影响不可忽略,本文通过考虑安全壳不同龄期下的预应力损失来研究安全壳在设计基准期内40年及设计基准期后60年不同内压水平作用下的安全性能。采用ABAQUS有限元软件建立了精细化安全壳三维有... 详细信息

预应力损失对安全壳在内压作用下的安全性能影响不可忽略,本文通过考虑安全壳不同龄期下的预应力损失来研究安全壳在设计基准期内40年及设计基准期后60年不同内压水平作用下的安全性能。采用ABAQUS有限元软件建立了精细化安全壳三维有限元分析模型,通过非线性有限元方法分析了钢衬里屈服、预应力筋屈服、混凝土裂缝演化等性能指标。研究结果表明,考虑预应力损失后,安全壳混凝土开裂与钢衬里失效时,所能承受的内压荷载减小;安全壳在极限内压作用下的变形表现为穹顶向外膨胀以及洞口向内收缩;安全壳穹顶部分在极限内压下破坏严重;考虑预应力损失后,安全壳变形明显增大。但安全壳在设计内压(0.4 MPa)作用下仍有足够的安全裕度。

关键词：预应力混凝土安全壳安全壳预应力损失安全壳功能失效安全壳结构失效安全壳破坏模式

内压作用下纤维混凝土预应力安全壳破坏机理研究

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防灾减灾工程学报 2023年第3期43卷 502-507,558页

作者：孙晔郑志苏春阳潘晓兰太原理工大学土木工程学院山西太原030024

核电厂安全壳作为防止核放射性物质泄漏的最后一道屏障,提升安全壳的承载力尤为重要。大量研究显示纤维混凝土在力学性能、耐久性等方面具有显著优势,为了探究纤维混凝土在安全壳结构上的适用性并准确描述内压作用下纤维混凝土预应力安... 详细信息

核电厂安全壳作为防止核放射性物质泄漏的最后一道屏障,提升安全壳的承载力尤为重要。大量研究显示纤维混凝土在力学性能、耐久性等方面具有显著优势,为了探究纤维混凝土在安全壳结构上的适用性并准确描述内压作用下纤维混凝土预应力安全壳的破坏机理,利用ABAQUS有限元软件,建立钢纤维、钢聚丙烯纤维、钢聚乙烯醇纤维增强安全壳精细化模型,施加内压荷载进行有限元分析。结果表明:(1)纤维混凝土安全壳破坏机理及变形规律与普通混凝土安全壳类似,混凝土中不同纤维的掺入均能有效延缓混凝土裂缝出现的时间,抑制裂缝开展的速度,减少钢衬里塑性损伤,大幅提升安全壳的极限内压。(2)钢纤维具有最佳的增强效果,但恶劣的服役环境下混杂纤维值得优先考虑。(3)局部替换纤维混凝土尤其是洞口区域附近,更有利于保持安全壳结构经济性与安全性的平衡。

关键词：纤维混凝土预应力混凝土安全壳数值模拟内压作用加固区域破坏机理

综合环境因素影响下预应力混凝土安全壳变形规律研究

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工业建筑 2023年第3期53卷 41-47页

作者：汪全赵东拂杨昕光北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 北京建筑大学大型多功能振动台阵实验室北京100044 北京建筑大学工程结构与新材料北京市高等学校工程研究中心北京100044 北京建筑大学北京节能减排与城乡可持续发展省部共建协同创新中心北京100044 中冶建筑研究总院有限公司北京100088

在安全壳结构整体性试验中,安全壳变形主要由试验压力引起,同时受环境温度、太阳辐射等综合环境因素的影响。为提高试验的变形测量精度,并对其进行合理的修正,通过有限元模拟分析,研究了环境温度、太阳辐射、辐射换热以及不同热边界条... 详细信息

在安全壳结构整体性试验中,安全壳变形主要由试验压力引起,同时受环境温度、太阳辐射等综合环境因素的影响。为提高试验的变形测量精度,并对其进行合理的修正,通过有限元模拟分析,研究了环境温度、太阳辐射、辐射换热以及不同热边界条件施加方法对安全壳变形的影响规律。结果表明,安全壳位移随环境温度近似呈正弦曲线变化,较环境温度变化滞后约2 h。当忽略太阳辐射的影响时,穹顶竖向位移平均幅值降低了约49%,筒身水平径向位移平均幅值降低了约21%,说明环境温度和太阳辐射是影响安全壳变形的主要环境因素,应在安全壳结构整体性试验时对变形测量结果进行合理的修正。辐射换热是影响安全壳结构变形的次要环境因素,为保障模拟精度,建议考虑该因素的影响。当采用不同热边界条件施加方法时,安全壳变形几乎相同。

关键词：预应力混凝土安全壳太阳辐射环境温度有限元分析变形规律

严重事故下预应力混凝土安全壳非线性分析及性能评估

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核动力工程 2020年第4期41卷 96-100页

作者：金松李忠诚蓝天云董占发贡金鑫大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 深圳中广核工程设计有限公司广东深圳518031 核电安全监控技术与装备国家重点实验室广东深圳518172

预应力混凝土安全壳作为核电厂重要防泄漏屏障,对保证核电厂正常运行、确保人员安全至关重要。本文基于顺序热力耦合方法对严重事故工况下预应力混凝土安全壳进行非线性有限元分析,考虑了温度和内压荷载共同的影响,分析了安全壳结构典... 详细信息

预应力混凝土安全壳作为核电厂重要防泄漏屏障,对保证核电厂正常运行、确保人员安全至关重要。本文基于顺序热力耦合方法对严重事故工况下预应力混凝土安全壳进行非线性有限元分析,考虑了温度和内压荷载共同的影响,分析了安全壳结构典型不连续区域和连续区域的位移响应。研究表明:安全壳混凝土不连续区域位移响应沿厚度方向上差异较为显著,而连续区域处的差异相对较小;安全壳泄漏失效模式由设备闸门位置控制,50%和95%分位水平的内压分别为1.266 MPa和1.072 MPa;破口失效模式由筒体某一位置控制,50%和95%分位水平的内压分别为2.224 MPa和1.883 MPa;本文所分析的预应力混凝土安全壳的内压承载力满足最小安全裕度不小于2.5的要求。

关键词：预应力混凝土安全壳非线性有限元分析泄漏失效模式破口失效模式内压承载力

综合环境因素作用下预应力混凝土安全壳变形规律及传感器优化布置研究

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综合环境因素作用下预应力混凝土安全壳变形规律及传感器优化布置...

作者：汪全北京建筑大学

学位级别：硕士

核电厂发生核事故时,核反应堆安全壳结构作为防止裂变产物向环境释放的最后一道防护屏障,保证其完整性极为重要。核电厂安全壳结构完整性试验中,安全壳结构变形主要由试验压力引起,同时受环境温度、太阳辐射等综合环境因素的影响,为了... 详细信息

核电厂发生核事故时,核反应堆安全壳结构作为防止裂变产物向环境释放的最后一道防护屏障,保证其完整性极为重要。核电厂安全壳结构完整性试验中,安全壳结构变形主要由试验压力引起,同时受环境温度、太阳辐射等综合环境因素的影响,为了提高试验变形测量的精度,需对其进行合理修正。因此,有必要研究综合环境因素作用下预应力混凝土安全壳结构的变形规律,明确试验期间混凝土材料参数和环境参数对安全壳结构变形的敏感性,从而提出一种新的安全壳结构整体性试验期间变形测量值修正方法。位移传感器是安全壳结构整体性试验中采集安全壳结构变形数据的基础,也是基于插值法重构安全壳结构整体变形,进一步实现安全壳结构整体性能评估的基础。位移传感器的布置数量和位置将直接影响上述问题求解的准确性。因此,有必要进行安全壳结构整体性试验期间位移传感器的优化布置研究。本文以某预应力混凝土安全壳结构为研究对象,主要研究内容和结论如下:(1)基于理论分析和有限元法,研究环境温度、太阳辐射、辐射换热以及不同热边界条件施加方法对安全壳结构变形的影响规律。安全壳结构位移随环境温度近似呈正弦曲线变化,但较环境温度变化滞后约2h。忽略太阳辐射时,穹顶竖向位移平均幅值降低了约49%,筒身水平径向位移平均幅值降低了约21%,说明环境温度和太阳辐射是影响安全壳结构变形的主要环境因素。辐射换热是影响安全壳结构变形的次要环境因素,为保障模拟精度,建议考虑该因素的影响。采用不同的热边界条件施加方法时,安全壳结构变形几乎相同。(2)基于有限元法和修正的Morris筛选法,研究安全壳结构整体性试验期间混凝土材料参数和环境参数对结构变形的敏感性。膨胀系数为高度灵敏参数,比热容和密度为灵敏参数,弹性模量为不灵敏参数,导热系数和泊松比因安全壳结构部位的不同,灵敏程度不一致,穹顶部位为不灵敏参数,筒身部位为中等灵敏参数。太阳辐射和风速为灵敏参数,日温差因安全壳结构部位的不同,灵敏程度不一致,穹顶部位为灵敏参数,筒身部位为高度灵敏参数。安全壳结构位移平均幅值与膨胀系数呈正相关变化,与比热容和密度呈负相关变化,与弹性模量、泊松比和导热系数相关性不明确。安全壳结构位移平均幅值与太阳辐射、日温差和风速呈正相关变化。(3)基于机器学习回归预测算法,构建安全壳结构整体性试验期间环境温度、太阳辐射多因素作用下结构变形预测模型,与环境温度单一因素作用下结构变形预测模型和传统的线性回归结构变形预测模型进行预测误差对比分析。提出一种新的安全壳结构整体性试验期间变形测量值修正方法。多因素作用下结构变形预测模型的预测误差低于环境温度单因素和线性回归结构变形预测模型,有效提高了安全壳结构整体性试验期间变形测量值的修正精度,实现了安全壳结构整体性试验期间变形测量值的自动修正。(4)基于有限元法、Kriging插值和智能算法,进行安全壳结构位移传感器的优化布置研究。通过有限元模拟得到试验压力作用下安全壳结构变形响应,以某种随机生成的位移传感器布置方案的有限元测点变形数据,经Kriging插值重构结构变形,以两者均方误差最小为优化准则,以均方误差为目标函数,通过遗传算法求解目标函数,实现安全壳结构位移传感器的优化布置。经过优化后的安全壳结构位移传感器布置方案不仅能反映结构的整体变形情况还具有一定的经济性。种群的初始状态对迭代初期的计算结果和收敛速率有一定影响,但对最终计算结果影响不大。

关键词：预应力混凝土安全壳环境因素变形规律测量值修正传感器布置优化

混凝土安全壳整体性能试验峰值压力持续时间探讨

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原子能科学技术 2016年第10期50卷 1846-1852页

作者：孙锋潘蓉严天文付强吴晗环境保护部核与辐射安全中心北京100082 环境保护部核电安全监管司北京100035

核电站建造阶段必须进行安全壳整体性能试验(CTT),验证在设计基准事故时安全壳结构的完整性。本文针对某核电厂3号机组预应力混凝土安全壳CTT进行非线性有限元分析。结果表明:筒体闸门洞口标高附近径向变形最大,预应力钢束承担了峰值压... 详细信息

核电站建造阶段必须进行安全壳整体性能试验(CTT),验证在设计基准事故时安全壳结构的完整性。本文针对某核电厂3号机组预应力混凝土安全壳CTT进行非线性有限元分析。结果表明:筒体闸门洞口标高附近径向变形最大,预应力钢束承担了峰值压力0.483MPa作用下大部分设计内压,安全壳整体结构处于受压状态,与实际试验状态基本吻合。同时,对国内外法规标准关于安全壳峰值压力持续时间的规定进行总结,提出相关结论及建议,可为安全壳CTT方案设计提供参考。

关键词：预应力混凝土安全壳整体性能试验峰值压力设备闸门预应力钢束

某核电厂LOCA下预应力混凝土安全壳响应规律初探

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原子能科学技术 2015年第10期49卷 1815-1820页

作者：孙锋潘蓉柴国旱李亮环境保护部核与辐射安全中心北京100082

核电厂LOCA发生后,预应力混凝土安全壳结构内温度场分布具有明显的非线性特征,但现行的混凝土安全壳设计规范未对LOCA下温度和应力的组合作用提出具体的计算方法。基于用ANSYS程序建立的包含预应力钢束的混凝土安全壳结构的有限元模型,... 详细信息

核电厂LOCA发生后,预应力混凝土安全壳结构内温度场分布具有明显的非线性特征,但现行的混凝土安全壳设计规范未对LOCA下温度和应力的组合作用提出具体的计算方法。基于用ANSYS程序建立的包含预应力钢束的混凝土安全壳结构的有限元模型,本文计算了LOCA下不同时刻安全壳壳壁内的温度场分布,并与理论值进行了比较,验证了计算模型的正确性。初步分析了高温、高压作用下安全壳结构变形的规律,总结了混凝土温度效应和预应力系统的作用,可为安全壳结构设计提供参考。

关键词：核电厂预应力混凝土安全壳 LOCA 温度场响应规律

核电厂新型预应力混凝土安全壳及其非能动冷却系统设计与分析

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原子能科学技术 2014年第2期48卷 271-276页

作者：谭效时李晓伟李笑天何树延清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

本文以CAP1700核电厂为例,提出了一种新的核电厂预应力混凝土安全壳及其非能动冷却方案,介绍了新式非能动安全壳冷却系统热工水力计算方法,并给出事故工况下新非能动安全壳冷却系统的运行参数。结果表明,CAP1700非能动安全壳冷却系统的... 详细信息

本文以CAP1700核电厂为例,提出了一种新的核电厂预应力混凝土安全壳及其非能动冷却方案,介绍了新式非能动安全壳冷却系统热工水力计算方法,并给出事故工况下新非能动安全壳冷却系统的运行参数。结果表明,CAP1700非能动安全壳冷却系统的设计是可行的,能满足事故工况下的冷却需求。贮水箱水量有很大的裕量,可通过计算进一步优化贮水量。

关键词：非能动热工水力预应力混凝土安全壳

中、美、法压水堆预应力混凝土安全壳结构设计标准关于应力、应变限值的差异分析

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工业建筑 2018年第8期48卷 86-91页

作者：黎鹏飞深圳中广核工程设计有限公司

针对压水堆预应力混凝土安全壳结构设计,中国国家能源局标准NB/T 20303《压水堆核电厂预应力混凝土安全壳设计规范》、美国标准ACI 359《锅炉和压力容器规范》、法国标准RCC-CW《压水堆核相关土建结构设计和建造标准》均给出详细的设计... 详细信息

针对压水堆预应力混凝土安全壳结构设计,中国国家能源局标准NB/T 20303《压水堆核电厂预应力混凝土安全壳设计规范》、美国标准ACI 359《锅炉和压力容器规范》、法国标准RCC-CW《压水堆核相关土建结构设计和建造标准》均给出详细的设计要求。中、美、法安全壳设计规范关于安全壳的设计总体目标、功能要求、设计方法、荷载和荷载组合等要求基本一致,但针对安全壳结构设计的应力、应变限值要求有一定的差异。安全壳设计基准下的结构正常使用和承载能力水平是否一致,难以做出判断。研究分析了中、美、法安全壳设计标准关于安全壳结构应力、应变限值要求的差异,并给出了相关建议。

关键词：预应力混凝土安全壳应力、应变限值次应力裂缝控制