李智強(qiáng) 朱靈盛

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314000)

1 模型簡介以及技術(shù)參數(shù)選取

1.1 模型簡介

柴油機(jī)主貯油罐是由錨固板通過螺栓固定在地面基礎(chǔ)上，屬于典型的螺栓加固項(xiàng)目。ANSYS軟件是工程應(yīng)用分析的有效工具，它在靜力學(xué)和動力學(xué)上也有著很大的作用[1]，可用于工程、機(jī)械、聲學(xué)等許多領(lǐng)域。軟件由前處理、求解計(jì)算和后處理3個(gè)部分組成[2]。有限元分析數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)相比，誤差為2%[3]，有限元分析可以滿足復(fù)雜受力工程計(jì)算所需要的具有較高精度的結(jié)果。

柴油機(jī)主貯油罐為臥式容器，由底板、筋板及墊板構(gòu)成容器的支座，容器共有三個(gè)支座，柴油機(jī)容器通過與支座墊板焊接固定在支座上，支座由地腳螺栓和加固板壓緊固定在基礎(chǔ)地面上，柴油機(jī)主貯油罐支座本身由M56地腳螺栓固定，加固板由48套M80的地腳螺栓和12塊加固板固定。柴油機(jī)主貯油罐設(shè)備整體有限元模型采用殼單元建立，以等效密度法形式將柴油質(zhì)量均布在容器殼模型上。加固結(jié)構(gòu)有限元模型包括加固板、支座，用來計(jì)算結(jié)構(gòu)在事故工況下的應(yīng)力，采用實(shí)體單元建立，支座底板與加固件之間采用接觸單元模擬接觸。

1.2 技術(shù)參數(shù)的選取

1.2.1設(shè)備承受的荷載

1)結(jié)構(gòu)自重。

計(jì)算總質(zhì)量約為316.85 t，其中單個(gè)加固板1和加固板2總重為4 100.4 kg，共6組；柴油機(jī)主貯油罐含柴油物料總重為292.25 t；

2)地震載荷。

地震載荷考慮SSE級地震。設(shè)備的安裝基礎(chǔ)標(biāo)高為-8.6 m。SSE級地震響應(yīng)譜取秦山核電廠二期工程柴油機(jī)廠房-7.6 m標(biāo)高樓層譜，結(jié)構(gòu)阻尼比取4%，地面峰值加速度系數(shù)是OBE的2倍，即1.5g。

1.2.2材料參數(shù)

加固板的材料為16MnD，地腳螺栓的材料為42CrMoE，支座的材料為Q235-B。

1.2.3承載力計(jì)算

1)前提條件。

基材為混凝土，混凝土強(qiáng)度取為C30，采用RE500-SD植筋膠種植，M80螺桿d=80 mm,材料為8.8級，鋼材屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fyk=640 MPa，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k=800 MPa，hef=1 100 mm，應(yīng)力截面面積為AS=4 344 mm2,基材厚度h=1 700 mm，含二次灌漿層厚度300 mm。

電廠汽輪機(jī)在檢修維護(hù)中涉及了較多的作業(yè)內(nèi)容，其中主要的幾類檢修維護(hù)內(nèi)容為：葉輪的檢修及維護(hù)、汽輪機(jī)異響，振動現(xiàn)象的檢修及維護(hù)、汽輪機(jī)凝汽器的檢修及維護(hù)、汽輪機(jī)油系統(tǒng)的檢修及維護(hù)、汽輪機(jī)大軸的檢修及維護(hù)。

2)承載力計(jì)算。

a.受拉承載力計(jì)算。

①鋼材受拉承載力的設(shè)計(jì)值。

根據(jù)JGJ 145—2013混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程，錨栓鋼材破壞受拉承載力設(shè)計(jì)值。NRk,s=(640×4 344/1.2)/1 000=2 313.8 kN。

②混凝土椎體破壞受拉承載力設(shè)計(jì)值。

③化學(xué)螺栓混合破壞的承載力設(shè)計(jì)值。

根據(jù)JGJ 145—2013混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程，混化學(xué)螺栓拔出破壞的承載力設(shè)計(jì)值NRd,p=1 657.92/1.8=921.07 kN。

根據(jù)JGJ 145—2013混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程，混凝土劈裂破壞承載力設(shè)計(jì)值NRd,sp=0.842 1×1 958.28/1.8=916.12 kN。

綜合①,②,③,④中的最小值，M80螺栓的受拉承載力為NRd=916.12 kN，為混凝土劈裂破壞控制。

b.受剪承載力計(jì)算。

①鋼材受剪破壞承載力VRd,s=(0.5×640×4 344/1.2)/1 000=1 158.4 kN。

②混凝土剪撬破壞承載力設(shè)計(jì)值VRd,Cp=3 315.84/1.5=2 210.56 kN。

綜合①，②最小值，螺栓受剪承載力VRd=1 154.8 kN，為鋼材破壞控制。

2 模型的計(jì)算和分析

本模型選取四塊板作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，并對每個(gè)螺栓孔位進(jìn)行編號，以方便選取和分辨受力，模型的平面圖詳見圖1。本文其他孔位之間的距離為定值，分析222，18，189，70這4組孔位Y方向邊距的距離變化引起的受力變化。

2.1 第一種工況

第一種工況下，205號孔位與239號孔位之間的距離為400 mm，239號孔位～222號孔位間距為400 mm，22號孔位～256號孔位間距為445 mm，222號孔位的Y方向邊距為150 mm ，222號孔位的X方向邊距為200 mm；52號孔位～18號孔位距離為465 mm，18號孔位～1號孔位距離為270 mm，1號孔位～35號孔位間距為400 mm，18號孔位的Y方向邊距為270 mm，X方向邊距為170 mm；138號孔位～189號孔位為400 mm,189號孔位～172號孔位為400 mm,172號孔位～155號孔位為400 mm，189號孔位的Y方向邊距為200 mm，89號孔位的X方向邊距為200 mm；87號孔位～70號孔位為400 mm,70號孔位～104號孔位為400 mm,104號孔位～121號孔位間距為470 mm,70號孔位的Y方向邊距為180 mm，X方向邊距為220 mm。

根據(jù)螺栓孔位布置圖，通過建立模型并計(jì)算，可得到螺栓受力數(shù)值。

2.2 第二種工況

第二種工況下，孔位之間的間距和X方向的邊距不變，222號孔位的Y方向邊距為180 mm，18號孔位的Y方向邊距為305 mm；189號孔位的Y方向邊距為230 mm， 70號孔位的Y方向邊距為210 mm。

根據(jù)螺栓孔位布置圖，通過建立模型并計(jì)算，可得到螺栓受力數(shù)值。

2.3 受力變化分析

當(dāng)222，18，189，70相對移動之后，經(jīng)對比受力數(shù)據(jù)可知：

1)右側(cè)的加固板1，18，35，52，70，87，104，121孔位的受力普遍下降，左側(cè)的加固板138，155，172，189，205，222，239，256孔位的受力普遍上升；

2)第一種工況中，剪力限定值最大為0.44，軸向力限定值最大為0.44，組合系數(shù)最大為0.58；

3)第二種工況中，剪力限定值最大為0.43，軸向力限定值最大為0.42，組合系數(shù)最大為0.55；

4)第一種工況下，受力數(shù)值減小最大的是205號孔位的軸向力，絕對值為29 550 N；減小比例最大的是70號孔位的剪力，比例為0.308；受力數(shù)值減小最小的是1號孔位的軸向力，絕對值為480 N；減小比例最小的是104號孔位的軸向力，比例為0.003；

5)第二種工況下，受力數(shù)值增大最大的是239號孔位的剪力，絕對值為20 785；增大比例最大的是239號孔位的剪力，比例為0.564；受力數(shù)值增大最小的是222號孔位的軸向力，絕對值為610；增大比例最小的是172號孔位的剪力，比例為0.007。

3 結(jié)語

1)兩種工況下，受力均能滿足螺栓承載力的要求；

2)右側(cè)的加固板1，18，35，52，70，87，104，121孔位的受力普遍下降，左側(cè)的加固板138，155，172，189，205，222，239，256孔位的受力普遍上升；

3)在相同的工況下，適當(dāng)?shù)脑黾幼钔鈧?cè)螺栓的Y方向邊距有助于減小最大比值系數(shù)，增強(qiáng)安全穩(wěn)定性。