基于ANSYS軟件的大管徑進水管道固定支架受力分析

□趙華立 何海峰 林木營

某核電廠兩座反應(yīng)堆設(shè)置4個重要廠用水進水系列，每個進水系列設(shè)置一根管徑為30寸的重要廠用水進水管道。管道采用混凝土上設(shè)置鋼支架的形式，根據(jù)管道力學(xué)計算及管道布置情況，管道上主要設(shè)置滑動支架、導(dǎo)向支架及固定支架。本文主要介紹管道受力分析中受力最大，對管道穩(wěn)定性影響最大的固定支架的設(shè)計及受力分析。

一、支架設(shè)計結(jié)構(gòu)

圖1 圖2

根據(jù)廊道的空間特點、管道的受力分析及管道布置情況，固定支架底部由20mm厚鋼板與土建結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件焊接固定，支撐部分由25mm厚鋼板現(xiàn)場加工成U型焊接在底部鋼板上，兩側(cè)分別加5塊25mm厚加強肋進行加強，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

二、模型化

采用美國的通用有限元程序ANSYS程序?qū)υ撝Ъ芙⒂邢弈Ｐ筒⑦M行應(yīng)力分析，該程序已應(yīng)用于秦山二期等核電站的許多設(shè)備的力學(xué)分析中，在我國核電設(shè)備設(shè)計分析中應(yīng)用的有效性也已經(jīng)得到國家核安全局的認可。

支架的鋼板采用殼單元SHELL181進行有限元計算，管道中心節(jié)點與管道采用MPC184單元來進行模擬，管道與支架的連接采用耦合的連接方式。分析時在底板的焊接處施加全約束條件，模型如圖2所示。

該支架的型鋼材料為Q245R，其化學(xué)成分和力學(xué)性能與Q235-C鋼基本相同，在20℃時，材料的主要參數(shù)如下：彈性模量E=2×105MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7850Kg/m3，抗拉強度Su=375MPa，屈服強度Sy=235MPa，許用應(yīng)力S=94MPa。

三、載荷

分析中考慮的載荷為支架所承受的正常異常設(shè)計載荷和事故工況設(shè)計載荷，截取管道力學(xué)報告中支架載荷，在管道中心節(jié)點受力區(qū)域施加如表1所示的支架載荷。

表1 支架承受的正常異常和事故工況下的載荷

四、板殼型支撐件設(shè)計規(guī)則

五、計算結(jié)果

支架中鋼板使用殼單元Shell181建立模型，采用static類型的求解器進行求解，這里評定根據(jù)RCCM H3320-H3325板殼型支撐件的設(shè)計規(guī)則采用正常異常工況和事故工況分開來評定。經(jīng)求解分析計算，正常和異常工況下，最大薄膜應(yīng)力為：σm=40.9MPa，最大薄膜加彎曲應(yīng)力為：σm+σb=75.1MPa。事故工況下，最大薄膜應(yīng)力為：σm=69.5MPa。最大薄膜加彎曲應(yīng)力為：σm+σb=91.8MPa。

表2 殼單元應(yīng)力評定數(shù)據(jù)表

六、結(jié)語

由表2中殼單元應(yīng)力評定數(shù)據(jù)可知，支架應(yīng)力比均小于1，即支架應(yīng)力滿足規(guī)范要求。對于支架的焊縫部分為單面角焊縫，其焊縫有效高度為連接件厚度的0.7倍，支架最大應(yīng)力比為0.53，所以焊縫的應(yīng)力比為0.53/0.7=0.76，焊縫應(yīng)力可以滿足要求。由以上評定結(jié)果可知，該固定支架受力均滿足RCC-M規(guī)范的相關(guān)要求。