新增钢平台对外挂水箱的影响分析

张 莉 常新盼

(中国核电工程有限公司，北京 100840)

1 概述

某三代压水堆核电厂外层安全壳筒体外侧布置有环形水箱，以实现核电厂在超设计基准事故情况下的冷却水自然循环。水箱为典型的高空超大悬挑混凝土结构，内径达到53 m，标高39.05 m～56 m，外悬挑长度为4 m，且水箱混凝土自重约1.2万t，存水量超过3 000 t。基于水箱自重大悬挑长的特点，施工有很大的难度，为保证水箱施工的安全经济及可实施性，特在水箱下新增钢平台。其为外挂水箱提供了施工平台，可以适应悬挑跨度大、施工荷载大的施工情况。

本文通过ANSYS有限元软件，采用完全时程分析法及反应谱法，从对水箱中重要设备处楼层反应谱及水箱楼板配筋两个方面分析钢平台的增加对水箱的影响。

2 钢平台结构布置

经调研收集资料和施工方探讨，从技术先进性，经济性，安全性，对现场的影响，可实施性等各方面综合对比确定外挂水箱施工钢平台采用永久钢桁架的形式。

钢平台设置在水箱下方，沿外壳筒体环形布置，悬挑长度为4.9 m，伸出水箱约1 m。主桁架布设间距约4°(2.0 m～2.3 m)，桁架采用上下弦间距2 m，主桁架之间布设有上、下弦次梁。为增加整体刚度、减小水平荷载下桁架平面外受力，增设了上、下弦横向水平支撑。每段钢平台两端均布置上、下弦横向水平支撑，中间间隔25 m左右增设水平支撑，全长布置竖向支撑。钢平台主桁架布置如图1所示。

钢平台设计时考虑钢桁架自重，楼板自重，压型钢板自重，施工活荷载，地震作用等，分别对安装阶段，施工阶段，使用阶段3个阶段进行分析验算。验算内容包括杆件计算，节点设计，钢平台与外壳筒体的连接设计。采用STAAD Pro 钢结构有限元分析软件分析。

3 钢平台对水箱反应谱的影响

外挂水箱标高42.3 m及50.6 m楼板处布置有安全相关重要设备，包括非能动安全壳热量导出系统(PCS)和二次侧非能动余热排出系统(PRS)。而楼层反应谱是设备抗震计算的重要输入，水箱原楼层反应谱计算阶段并未考虑此新增钢平台，所以分析新增钢平台对水箱楼层反应谱的影响至关重要。

钢平台对外挂水箱反应谱的影响主要通过对比换热器位置的加速度反应谱进行分析。计算采用三维有限元整体模型，见图2，图3。

模型1、模型2分别为不含钢平台的计算模型及含钢平台的计算模型。模型1采用壳单元(Shell181)模拟墙体和楼板，质量单元(Mass21)模拟水箱内的水质量，3D实体单元(Solid45)模拟筏板基础。模型2在模型1的基础上在水箱底板位置处增加钢平台，钢平台采用Beam4单元进行模拟。计算中采用固定端分析，即对基底位置施加固结约束。计算方法为完全法时程分析法。选取外挂水箱42.3 m典型节点(换热器位置)，对其加速度响应谱进行对比分析；对比结果详见图4。

从图4中可以看出：含钢桁架(虚线)及不含钢桁架(实线)的X,Y,Z三个方向的加速度反应谱都吻合良好，无明显偏离。所以计算模型中是否考虑钢平台对外挂水箱反应谱的影响微乎其微。

4 钢平台对水箱配筋的影响

针对有无钢平台时，本文分别计算了外挂水箱在竖向地震作用下的单工况配筋，以此分析钢平台对外挂水箱配筋的影响。计算软件选择ANSYS，三维有限元模型同第3节，见图2，图3。竖向地震分析采用谱分析的方法，输入反应谱为0.3g标定的RG1.60改进型反应谱。

选取与钢平台“直接连接”的39.05 m,42.3 m楼板进行结果分析。图5，图6为39.05 m板在竖向地震作用下的X向及Y向配筋量示意图，图7，图8为42.3 m板在竖向地震作用下的X向及Y向配筋量示意图。从图中可以看出：

1)在竖向地震作用下，考虑钢平台与否对外挂水箱配筋量影响不大，且考虑钢平台时的配筋量略小；

2)在竖向地震作用下，考虑钢平台与否，外挂水箱配筋量分布基本相同。因此可以认为，钢平台对外挂水箱配筋影响很小。

5 结语

本文采用三维有限元软件ANSYS对某三代核电厂外挂水箱新增钢平台进行影响性分析。通过评估楼层反应谱及水箱配筋及计算结果，表明新增钢平台对水箱楼层反应谱及水箱楼板配筋影响不大，可忽略不计。