中国原子能科学研究院 北京 102413
摘要：随着我国社会经济快速发展，对能源的需求越来越高，尤其是对电能的需求，这对于核电厂的燃料抓取及的抗震性能提出了更高的要求。由于燃料抓取属于二级抗震设备，这需要其满足抗震的需求。本文基于ANSYS和反应谱分析对燃料抓取继续进行抗震分析和详细建模，并对结构的应力进行组合评定。以期为核电厂燃料抓取机抗震分析及其设计改进提供可行性参考意见。
关键词：核电厂燃料；抗震；分析
1 设备抗震分析方法与评定准则
使用ANSYS程度对核电厂燃料抓取机结构进行有限元模型分析。对燃料抓取机的各种零部件使用BEAM4进行模拟，包括人桥滑车衡量、人桥、小车以及桥架等。对人桥走台板以及操作平台使用版壳单元有限元模型分析。ASMENOG-1为参考的边界条件。在自重荷载静力分析、SSE地震载荷以及模态分析下及性反应谱分析。起哄使用空间迭代法进行模态分析，使用反应谱犯法进行谱分析。此外开平方法和平方方法进行迷信模态各个反应值的组合，包括应力、力、位移以及加速度。确定地震载荷下动态反应值。通过对此类结构进行分析和研究能够得到，在质量较大和模态参与的模态间是不存在密集振型的。由此能够得出开平方法和平方方法以及完全二次项组合方法的计算结果，不同的方法对分析结果的影响较小，在进行核电厂燃料抓取机的各项载荷组合以及工况条件。如表1所示。
表1中：SSE为安全停堆地震，D为自重。SSE地震荷载取标准设计厂址基岩设计地震东水平峰值加速度0.3个，并考虑软土和急眼在不同的场地条件西，计算所获得的设计反应谱。核电厂燃料抓取机的载荷部件应不超过保准的规定值，通过对其进行评定，燃料抓取机各部件使用限制应力值。核电厂燃料抓取及为能动设备，能够沿着轨道进行相应的滑动和运行，并非是一直固定在厂房中的设计。在地震载荷的下，要充分考虑运行的方向Y桥加地震载荷作用下刹车以及马达反向导致的沿轨道滑动的效应。Y方向地震载荷乘以相应的系数，并采用载荷修正后车轮出Y方向反力仍然大于可能产生摩擦力。更加准确的分析方法为时程进行分析，但时程分析计算量较大，同时获取时程载荷的过程也相对复杂。对此，应采用考虑滑移效应的谱分析方法。此外，对燃料抓取机支撑部分存在较大的压应力，需要充分考虑压杆失稳的可能性。
2 抗震分析与设计改进
2.1 CAP核电厂燃料抓取机抗震分析和设计改进
国外某企业在正在建设的核电厂的早期设计燃料抓取机采用的是门式结构，通过有限元分析发现其抗震的能力较弱。为了能够满足其规范的要求，进行了结构的加强的措施，并借用厂房乏燃料运输容器吊车的南侧轨道为燃料抓取机设置3根轨道。在燃料抓取机的设计改进后，该燃料抓取机的载荷应力接近了规范的标准，从而提升其抗震的性能，使其能够满足抗震的规范的需求。
门式燃料抓取机具有轨道低的特点，这时门式燃料抓取机上部较重，并且中心较高，使得SSE地震载荷结构承受的应力较大。鉴于此，采用CAP标准设计对燃料抓取机进行设计改进，采用桥式结构，从而降低门式燃料抓取机的轨道重心和中心。并且通过悬挂式人桥交媾的方式降低核电厂燃料抓取机地震载荷的应力，打车桥结构受到的力越大，则应力最大位置。大车桥结构CAP燃料抓取机线型构件应力评定结构和进口的燃料抓取机相比，其中D级使用限制下弯曲应力和拉应力的组合比为1.078，燃料抓取机筋板加强能够评定后满足规范要求。CAP标准设计燃料抓取机地毡工况下卡关的作用弯曲应力组合与拉应力为0.80，与进口的燃料抓取机相比，小于进口燃料抓取机。
2.2 CAP1400燃料抓取机抗震分析和自主设计改进
CAP1400燃料抓取机的燃料水池与CAP燃料抓取机相比，明显大于CAP燃料抓取机，CAP1400燃料抓取机大桥跨距比CAP燃料抓取机大五分之一左右，并且比CAP燃料抓取机的地震载荷大30%左右。若参照进口抓取机的形式设计，难以满足规范的要求。考虑到进口抓取机形式的门式结构，若采用加粗加强的方式则结构的强度能够得到有效的提升，对于提升抓取机的抗震重量有显著的提升，但抗震性能并未得到提高。这CAP1400燃料抓取机桥式结构难以满足规范设计的需求。由此，对CAP1400燃料抓取机进行自主设计改进，并进行抗震能力分析。考虑到跨度大和载荷提升的你问题，CAP1400燃料抓取机与CAP燃料抓取机的设计结构选用更加粗的钢结构。经过分析对比可知，CAP1400燃料抓取机线型支撑的构件和板壳支撑构件在地震载荷的应力下，均满足规范的要求。地震载荷下人桥和桥架走台板薄膜加弯曲应力分布，设计和分析结果显示，新设计的桥式燃料抓取机能够很好的满足规范的要求，并且具有很好的抗震性能，具有应用架构和扩展与核电厂和更宽水池需求的潜能。
结束语：综上所述，本文对设备抗震分析方法与评定准则进行分析，分别从CAP核电厂燃料抓取机抗震分析和设计改进、CAP1400燃料抓取机抗震分析和自主设计改进两方面，对核电厂燃料抓取机抗震分析及其设计改进展开探讨。毫无疑问，本文论述的内容有利于提升核电厂燃料抓取机抗震的系能，有利于促进核电事业的发展。但我国对于这样方面的研究较为缺乏，因此，在未来的工作中，还需加强对燃料抓取机抗震分析及其设计改进的研究，从而为促进核电事业的发展作出更大的贡献。
参考文献
[1]贺小明，任文俊，朱雪锋，等.燃料抓取机自主化设计[J].起重运输机械，2015，12（10）：10-14.
[2]钱浩，李晨，任文俊，等.核电厂燃料抓取机抗震分析及其设计改进[J].机械设计与制造，2016，11（8）：204-206.
论文作者:徐书茂
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/10
标签：燃料论文; 核电厂论文; 载荷论文; 应力论文; 结构论文; 组合论文; 方法论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;