某电缆桥架抗震计算分析与评定①

2020-02-28卢辉

佳木斯大学学报（自然科学版） 2020年1期

卢辉

(同济大学，上海 200092)

0 引言

电缆桥架是使电线、电缆、管缆铺设达到标准化、系列化、通用化的电缆铺设装置，是核电厂房中重要的组成部分，保证了大量的能动设备的正常运行。电缆桥架由支架、托臂和安装附件等组成，常见的电缆桥架是通过很多个支架连接形成的。电缆桥架有很多种类[1]，如：托臂支架、典型支吊架、异性支架、梯形支架、次托盘支架等，按桥架材质分为钢制、玻璃钢及铝合金三类[2,3]。

地震灾害中，如果电缆桥架受到损坏，将会导致核电厂的重要能动设备无法正常运作，会引起很大的公共财产的损失，因此，保证电缆桥架在地震作用下的安全性是必不可少的环节，就某电缆桥架进行抗震计算分析，并对计算结果进行应力评定，校核其是否满足规范设计要求。

1 模型

1.1 结构概况

分析对象为三跨的电缆桥架，每跨跨度1.2m，支架柱截面采用方钢形式，支架底板通过M30螺栓与地面相连。桥架分两种规格，500mm桥架通过双异型钢托臂支撑和梯形支架连接，200mm桥架通过双槽型钢托臂支撑和托盘式支架连接。两个桥架分别用侧面和底面带有通风模块的防火保护装置进行包覆，支架、托臂、支撑等均用防火保护装置进行包覆。

1.2 材料特性

该桥架结构钢材均采用Q235B碳钢，底板采用20mm厚钢板，支架柱为厚度8mm钢材桥架结构其他小型连接件厚度为1.2mm～3mm不等。桥架支撑连接螺栓采用M20的A4-80螺栓。根据ASME AG-1规范[4]，非承压、非紧固件许用应力取值Sm=min(2Sy/3，Su/4)；紧固件许用应力取值Sm=min(Re/4，Rm/5)；各材料常温下的机械力学性能见表1。

表1 桥架结构材料常温下机械力学性能

1.3 计算模型

输入的荷载包括结构的自重、配重地震荷载等。其中，梯形桥架的防火保护装置含两条通风模块的重量为53kg/m，桥架内配重为33kg/m，桥架的整体载荷为86kg/m；托盘式桥架的防火保护装置含两条通风模块的重量为41kg/m，桥架内配重为20kg/m，桥架的整体载荷为61kg/m。

对于桥架、内部连接安装板、底板等均采用壳单元(shell)模拟，不模拟内部电缆等器件刚度，其质量均匀加到桥架上，螺栓以及包覆材料模拟采用实体单元，约束长度模拟真实情况。ABAQUS有限元计算模型见图1。

依据抗震计算的要求以及电缆桥架的抗震安全性，将荷载组合依据ASMEAG-1要求分为B、D二级荷载组合形式，SL-1为运行基准地震，SL-2为安全停堆地震。荷载组合方式如表2所示。

图1 桥架结构有限元模型图

表2 桥架结构荷载组合方式

图2 桥架结构第1阶振型

2 结构应力评定准则

桥架结构主要受力部件均为板壳型部件，按ASME-AG-1-2015中TABLE AA-4321设计要求评定，固定螺栓评定标准参考ASME第Ⅲ卷第一册NF分卷NF3324规范要求，主要受力部件及固定螺栓的应力评定限值见表3-4，其中，为薄膜应力，为弯曲应力

表3 板壳型支撑构件应力评定准则及限制(MPa)

图3 桥架结构第2阶振型

图4 桥架结构第3阶振型

图5 桥架结构第4阶振型

表4 固定螺栓应力评定准则及限制(MPa)

3 计算结果与评定

3.1 动力特性计算结果

采用通用有限元分析软件ABAQUS，对该结构进行了模态分析。该模型的总重量为1.16t，计算了结构的前250阶模态，频率介于16.54Hz-423.20Hz。模型横、纵、竖三方向前250 阶的累计参与质量百分比分别为90.78%、90.03%和91.06%。模型前4阶模态振型见图2-图5。

3.2 应力分析结果与评定

输入SL-1、SL-2地震荷载，将三个方向的计算结果采用SRSS的方法进行振型组合，同时加上自重，得到该桥架结构的主要部件在各使用等级下的薄膜应力及薄膜加弯曲应力。B级工况下，最大应力为24.62MPa，D级工况下，最大应力为44.79MPa。根据桥架结构在B、D级使用荷载工况下的最大响应应力强度计算结果，评定结果见表5。桥架结构固定螺栓承受的最不利地震响应应力评定结果见表6。