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        主貯油罐地腳螺栓有限元受力分析

        2019-08-05 09:24:50李智強(qiáng)朱靈盛
        山西建筑 2019年12期
        關(guān)鍵詞:承載力方向混凝土

        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。

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