核化工廠房設(shè)備室企口形蓋板受力分析及設(shè)計建議

1、    核化工廠房設(shè)備室企口形蓋板受力分析及設(shè)計建議    張志摘 要：核化工廠的設(shè)備室頂板上需要使用很多企口形蓋板，以滿足防護(hù)輻射的需要。而蓋板受力情況與防護(hù)輻射有密切聯(lián)系，因此本文采用有限元分析軟件構(gòu)建t形和z形蓋板模型并展開計算，然后從地震和自振兩個方面分析t形蓋板和z形蓋板的承載力以及位移分布規(guī)律并提出了相應(yīng)的設(shè)計建議。關(guān)鍵詞：蓋板；自振頻率；地震分析doi：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.012核輻射安全問題是核化工同普通工業(yè)建筑不同的最大區(qū)別，在工程設(shè)計中通常遵循密封性原則。由于在設(shè)計蓋板尺寸時一般以工藝技術(shù)來確定

2、，對各種工況下砼蓋板的力學(xué)性能是否與防護(hù)輻射要求相符欠缺分析。又因為有關(guān)規(guī)范沒有統(tǒng)一規(guī)定蓋板構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)，所以對核化工廠設(shè)備室企口形蓋板的受力狀況展開分析十分必要。1 計算模型（1）計算模型。為了使計算更為簡便，僅僅分析二級蓋板。工程上常見的有z型、t型和倒t型企口樣式的二級蓋板，在小型設(shè)備的吊裝孔或者人孔中可單獨應(yīng)用t形蓋板，而z形蓋板無法單獨應(yīng)用而是同t形或者倒t形蓋板相互搭接使用。本文采用有限元軟件進(jìn)行有限實體模型的構(gòu)建并展開計算，ansys作為兼容性的有限元軟件，普遍應(yīng)用在核工程領(lǐng)域中。對約束蓋板進(jìn)行模擬時采用的采用模型的僅受壓單元link10單元，而混凝土蓋板用solid45單元來模擬

3、，并且通過施加給模擬不同的重力來實現(xiàn)有限元計算。（2）計算參數(shù)。在模型link10單元中的壓縮模量應(yīng)與混凝土蓋板數(shù)值相同，也就是，混合泊松比為0.2，密度為2700kg/m3，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05。2 企口形蓋板受力分析（1）自振分析。據(jù)有關(guān)分析得知，蓋板跨度的不斷加大，蓋板的自振頻率隨之降低，大跨度蓋板可更為靈敏感知到振動。當(dāng)蓋板跨度在5米以內(nèi)時，z形蓋板比t形蓋板的自振頻率低，這主要是因為豎向約束力均勻的在t形蓋板周圍施加力所致，而這時蓋板孔和t形蓋板分別約束著z形板的一側(cè)支承邊，非但如此，這兩個對t形蓋板的約束力是截然相反的兩個力，導(dǎo)致t形蓋板剛度比z形蓋板的剛度強(qiáng)。當(dāng)跨度大于5米，z和

4、t形狀蓋板的自振頻率都會降低，并且保持在低于100hz，當(dāng)蓋板自振頻率要低于100hz時，在豎向地震以及諧振生成的附加荷載影響下，蓋板的豎向位移和內(nèi)部作用力都會快速增長，使防護(hù)輻射處在惡劣環(huán)境中。在核化工廠內(nèi)，部分檢修設(shè)備會有離心振動產(chǎn)生，同時風(fēng)機(jī)等振動頻率高的離心設(shè)施也會布局在設(shè)備室外，通常離心式風(fēng)機(jī)頻率一般是在15到150hz徘徊，假若設(shè)備室同離心式設(shè)備間距離較近，振動頻率高的設(shè)備會把顯著的諧振激勵傳遞給大跨度蓋板。旋轉(zhuǎn)型機(jī)器的干擾r的公式為：在公式中最大干擾力為，單位為n；干擾源頻率為，單位為rad/s；當(dāng)量偏心距為，單位為mm；設(shè)備旋轉(zhuǎn)零件的總重量為，單位為kg；機(jī)器旋轉(zhuǎn)速度為，單位為

5、。以上述公式為據(jù)，諧振激勵是由每分鐘3000轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)所形成的干擾力輸入到模型中，可以得出，三米以上的蓋板受到震動敏感度較強(qiáng)，在圖1中，是5米t形蓋板從其支撐處點-自振頻率的曲線，在這個圖中得出，每分3000轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)50hz的震動頻率時，位移4毫米，當(dāng)風(fēng)機(jī)在每分鐘3000轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度時，蓋板移動不利于防護(hù)輻射工作。故此，如果在設(shè)備的影響區(qū)間內(nèi)（6米到12米之內(nèi)）布置蓋板，就必須對設(shè)備做好隔震消振措施。假若無法符合要求，應(yīng)當(dāng)在蓋板孔和蓋板間設(shè)定方便開啟的安全連接，確保約束增加，從而使蓋板受到共振的影響力降低。（2）地震分析。z形和t形蓋板受到豎向地震的影響會有產(chǎn)生相應(yīng)的位移。如果t形蓋板跨度在4

6、米之內(nèi)，它的位移值遠(yuǎn)遠(yuǎn)在自振頻率的高頻段數(shù)值之外，并且有較大的數(shù)值。假若蓋板跨度在3米，在反應(yīng)譜激勵下可以最大移動20毫米以上，不過200hz之內(nèi)可以忽略其振動，因為高頻段中只有極小的地震力，我們可以說t形蓋板在安全范圍內(nèi)。假若跨度要在4米之外時，因為本身降低了自振頻率，較低頻率位置極有可能有較大位移發(fā)生；針對跨度在5米的蓋板，頻率在50hz時就已經(jīng)有3毫米的位移，t形蓋板處在防護(hù)輻射十分不利的狀態(tài)。之于z形蓋板而言，在與t形蓋板有一樣的跨度時，自振頻率比相同重量的t形蓋板小或者相同，也就是說z形蓋板產(chǎn)生振動比t形蓋板更為容易。超過三米跨度的z蓋板即便是頻率較小時，豎向位移依然較大。在50hz

7、時蓋板跨度在3米時，就已經(jīng)有了2毫米的豎向位移，而當(dāng)頻率大于200hz時豎向位移就會快速加大，當(dāng)頻率達(dá)到300hz時最大位移可達(dá)16毫米。3 設(shè)計施工建議t蓋板在豎向荷載影響下較為勻?qū)嵉姆植紤?yīng)力，同時支承處僅有極小的應(yīng)力。當(dāng)蓋板有三米的跨度時，它的分階支承位置第一主應(yīng)力是0.11mpa的壓力。故此，只要把配筋構(gòu)筑在分階支承位置就行。然而z蓋板的局部應(yīng)力有較大值，在豎向負(fù)載影響下蓋板應(yīng)力最大值可達(dá)到1.1mpa，與砼的抵抗拉力差不多。如果對檢修、地震、豎向負(fù)荷之和進(jìn)行考慮，z蓋板分階支承位置所產(chǎn)生的拉應(yīng)力勢必會大于砼的抵抗拉力的強(qiáng)度，所以必須把受力鋼筋安置在此處。4 結(jié)語綜上所述，核化工廠設(shè)備室企口形蓋板通常有不小于100hz的自振頻率，剛性良好，蓋板跨度增大其自振頻率會迅速降低，當(dāng)蓋板有較大跨度時，蓋板勢必會受到地震和設(shè)備振動較大影響。這就需要對z形和t形蓋