[发明专利]一种预应力混凝土安全壳结构极限承载力的分析方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构的非线性分析领域，具体涉及一种新的核电厂预应力混凝土安全壳结构极限承载力分析方法。

背景技术

预应力混凝土安全壳结构极限承载力是指安全壳无法继续执行安全屏障功能时的承载能力，其分析有别于一般结构设计进行的弹性计算，它将涉及到材料及几何非线性问题。通过预应力混凝土安全壳结构极限承载力的分析，可以评价安全壳的安全余量。

常规的预应力混凝土安全壳结构极限承载力的分析方法有两种，一种是采用轴对称模型进行分析，此方法忽略了设备闸门、人员闸门等大开口以及扶壁柱对安全壳的影响，预应力效应也采用施加外压等简化方式进行模拟，因此分析仅能大致给出安全壳的变形以及极限承载力。

另一种是采用简化后的三维有限元模型进行分析，该方法采用三维实体单元模拟混凝土安全壳，但预应力钢束效应采用膜单元或者外压等方式进行模拟，不能准确反映预应力钢束初始应力状况以及其随荷载的变化，因此分析所得结果仍不够准确。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可靠的预应力混凝土安全壳结构极限承载力的分析方法。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种可靠的预应力混凝土安全壳结构极限承载力的分析方法，包括以下步骤：

（1）选择有限元分析平台，制定分析技术要求；

（2）建立预应力钢束有限元模型：根据安全壳中预应力钢束的具体布置及初始预应力分布，采用matlab编制程序计算得到预应力钢束的空间几何信息及其不同位置处的初始预应力值，建立预应力钢束的有限元模型；

（3）建立混凝土、钢衬里、普通钢筋的三维有限元模型：根据安全壳的实际几何形状、钢衬里布置以及普通钢筋的配筋情况，采用有限元软件分别建立起混凝土、钢衬里以及普通钢筋的几何模型，选用合适的单元类型及合理的网格划分，得到混凝土、普通钢筋、钢衬里的三维有限元模型；

（4）建立混凝土与预应力钢筋、普通钢筋、钢衬里的变形协调关系：通过有限元软件提供的“约束方程”的功能建立起混凝土与预应力钢筋、普通钢筋、钢衬里的变形协调关系，形成预应力混凝土安全壳的整个三维有限元模型；

（5）施加荷载和边界条件，采用隐式求解器进行非线性计算，并对过程中出现难以收敛的情况进行处理；

（6）分析计算结果，确定安全壳的结构极限承载力，评价安全壳的安全余量。

进一步，步骤（5）中，通过从预应力施加、内压施加直至随着内压的不断增大混凝土破坏、钢衬里屈服的整个过程的受力计算，给出各阶段混凝土、预应力钢束、钢衬里以及普通钢筋的工作状况。

进一步，步骤（5）中，根据以下两条判定准则确定安全壳的极限承载力：1）大部分混凝土开裂并退出工作，2）钢衬里出现区域性的屈服。

进一步，步骤（6）中，判断安全壳极限承载力是否合理的标准是安全壳能否继续承受内压和防止放射性气体的泄露。

本发明的有益效果如下：

1）通过精确模拟贯穿孔、设备闸门加厚区、扶壁柱、钢衬里等处混凝土的荷载条件，建立了与实际安全壳一致的三维有限元模型，同时准确施加安全壳的预应力效应，从而克服常规分析方法在建模阶段存在的缺陷，实现精确计算安全壳极限承载力；

2）充分考虑安全壳在核电厂的特殊地位，发挥有限元软件优势，详细计算整个受力过程，得到比常规分析更为合理的结果，确定核电厂中安全壳结构极限承载力合理的判定准则。

附图说明

图1为一种预应力混凝土安全壳结构极限承载力的分析方法的流程图。

图2为预应力混凝土安全壳剖面图。

图3为预应力钢束有限元模型示意图，其中图3-1为筒体竖向预应力钢束模型示意图、图3-2为筒体水平预应力钢束模型示意图、图3-3为穹顶预应力钢束模型示意图。

图4为钢束初始预应力分布图。

图5为混凝土三维有限元模型示意图。

图6为钢衬里有限元模型示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述。

预应力混凝土安全壳分为穹顶和筒体，扁壳形穹顶通过环梁与呈圆柱型的筒体相接，安全壳内侧完全由密封的钢衬里覆盖，筒壁外侧在互成180°位置处设置四个扶壁柱，用于水平预应力钢束的张拉，剖面图如图2所示。内压作用下安全壳的结构极限承载力分析按照以下步骤进行实施：

（1）采用通用的大型商用隐式有限元分析软件Abaqus/Standard作为计算平台，制订相关的分析技术要求。