基本介紹
- 中文名：核電廠反應堆廠房
- 外文名：A nuclear reactor plant
- 學科：核科學技術
- 對象：核電站廠房
- 領域：建築科學與工程領域
- 目的：確保核電站安全高效運行
抗震穩定性研究,筏基鋼筋籠模組化施工技術,樓層反應譜分析,
抗震穩定性研究
計算方法
考慮到D級、斷層等地基材料具有強烈的非線性特性，分別採用增量線性靜力有限元方法和等效線性動力有限元方法來進行結構一地基系統的初始應力分析和地震反應分析。並且，在初始應力計算中，通過對地基的開挖與填築、電站建築物建造過程的模擬來考慮這些因素對初始應力的影響。地震反應分析採用SuperFLUSH通用軟體。該軟體具有以下特點:利用等效線性方法考慮地基剪下模量與阻尼比隨剪應變的非線性變化關係;採用頻域復反應法計算地震激勵回響，通過傅立葉逆變換來求時域回響;模型兩側可設定能量傳遞邊界、底部可設定勁性邊界，以較好地模擬波動的逸散效應。
通過反應堆中心的地質剖面圖
有限元模型
地基和上部結構均屬三維問題。考慮到地質條件的複雜性和不確定性，同時為了減少計算工作量，故一般按二維問題來處理。如圖《有限元模型》上述，地基左右兩側及深度方向各取反應堆廠房基礎橫截面尺寸的兩倍左右的計算範圍。有限元模型底面採用半無限地基勁性邊界，側面採用能量傳遞邊界。為了能夠較真實地反映地震過程中核電站上部結構對基礎板的約束作用，採用桿件單元、固體單元和集中質量組合來模擬核電站上部結構，其材料特性通過與集中質量模型具有同等振動模態特性的條件來確定。
有限元模型
筏基鋼筋籠模組化施工技術
國外核電站筏基鋼筋籠模組化技術
核電工程採用模組化技術可以追溯到20世紀80年代初期，美國Bechtel公司計畫將核潛艇模組化建造的成功經驗套用於核電工程，並進行了大量的基礎研究。此後Bechtel公司將模組化設計和建造理念推向正在大力發展核電的日本，與日立公司一起進行核電工程模組化技術的套用研究和試驗。
在日立公司參與的日本23台沸水堆(boiling water reactors,BWR)及先進型沸水堆(advanced boiling water reactors,ABWR)核電機組中的16台機組的設計、建造中，模組化設計的模組數由最初(80年代)的18個增加到按ABWR核電機組設計的235個，其中包括筏基鋼筋籠模組,(直徑為43 m,高為4. 5 m、總質量為650 t)。筏基鋼筋籠模組化施工技術的採用為ABWR核電機組48個月標準工期的實現做出了貢獻。日本是核電工程模組化施工技術最成熟、套用範圍最廣的國家。
筏基鋼筋籠概況及施工現狀
反應堆廠房筏基為半徑19. 75 m，厚5. 50 m的圓柱體，其上部設計成環向截錐體。筏基內設有7層鋼筋網片，每層鋼筋網片分別由中間正交鋼筋網片和邊部環向與徑向鋼筋網片組成。各層鋼筋之間布置豎向鋼筋，截錐體處布置斜向鋼筋，圓周向布置預應力鋼管。筏基分5層澆築，分層標高及各層的鋼筋網片如表1所示。鋼筋總用量約為1 150 t，其中網片鋼筋為670 t,豎向鋼筋及加強筋為480 t。
安全殼筏基分層鋼筋
在建核電站一般都採用A,B,C層現場整體綁紮鋼筋，3層1次澆築混凝土，待其達到一定強度後，再綁紮D層鋼筋，澆築D層混凝土，依此類推，完成全部澆築的方法。此法工期約為150天(不含A,B,C層筏基鋼筋籠45天的綁紮時間)。
筏基鋼筋籠4種模組化設計方案
筏基鋼筋籠模組化設計研究的原則是:在儘可能少地改變原有設計的基礎上，研究實施模組化施工的可行性並提出設計方案。實施模組化施工的目的是將鋼筋綁紮工序由現場改為場外，再整體吊裝就位，使在筏基基礎開挖的同時綁紮鋼筋籠成為可能，從而縮短建設工期。結合工程實際需要，考慮現有施工水平及借鑑日本實施鋼襯裡模組化施工的成功經驗，提出如下先易後難的4種方案。
1.單層鋼筋網片預製模組(方案一)
一10. 00 m標高鋼筋網片為1個模組，場外綁紮。整體模組吊裝就位後，在現場綁紮斜向鋼筋、豎向鋼筋、預應力鋼管及剛性馬橙筋等。同時在場外綁紮一8. 80 m層鋼筋網片，也作為1個模組，綁紮好後吊裝就位。如上所述依次預製、吊裝、現場綁紮，完成-7. 00, -6.20 m層鋼筋網片模組施工。上部筏基採用現場綁紮鋼筋的方式施工。
優點:設計改動小，能夠縮短工期，容易實施，施工順序及場地利用合理。
缺點:工期相對縮短較少，同一時段需要增加施工人員。
2. A,B,C層整體預製成模組(方案二)
一10.00, -8. 80, -7.00, -6.20 m標高鋼筋網片及豎向鋼筋場外整體預製成模組，待場地達到施工要求時將該鋼筋籠模組整體吊裝就位。D,E層採用現場綁紮鋼筋方式。
優點:縮短工期較多。
缺點:鋼筋籠質量約935 t，對吊車要求高。豎向預應力喇叭口與鋼筋籠中預應力鋼管的對接精度要求高。
3. A,B,C層中心正交鋼筋籠預製成整體模組，環向鋼筋籠預製成分模組(方案三)
將A,B,C層中間正交鋼筋籠場外綁紮，預製成整體模組，環向鋼筋籠場外預製成4個分模組。待場地達到施工要求後先吊裝就位中間正交鋼筋籠整體模組，再分別吊裝4個環向鋼筋籠分模組。D,E層採用現場綁紮鋼筋的方式。
優點:可縮短工期，便於周圍預應力管束施工，吊具直徑小，最大吊裝質量為340 t。
缺點:先吊裝中心鋼筋籠，致使環向鋼筋籠安裝有一定難度。
4.筏基鋼筋籠整體預製成模組(方案四)
筏基鋼筋籠(包括所有鋼筋)場外整體預製成模組，待場地達到施工要求時，整體1次吊裝就位，1次澆築混凝土。
優點:可以最大程度地縮短工期。
缺點:整體鋼筋籠質量近1 200 t，需要大噸位吊車。預應力管束就位對接精度要求高。鋼襯裡底板支撐系統需要整體綁紮就位，內部儀表等需要預先安裝，增加了施工難度。
樓層反應譜分析
土-結構相互作用計算分析方法
土-結構相互作用分析經過幾十年的發展，形成了很多分析方法。按對結構系統不同的處理方法，可以劃分為直接法和子結構法。直接法和子結構法是各相關學科分析相互作用時較常用的方法，具有概念清晰、物理意交明確的價點。
1.直接法
所謂直接法，就是將場地土、基礎和上部廠房結構看作一個整體一併計算。直接法通常採用數值法或半解析法求解，常用的數值法或半解析法主要有有限元法、無窮元法等。地震動輸入應使基岩露頭處自由場地表面的地震動達到要求的設計值，在計算模型底部垂直輸入設計地震加速度的一半，則自由地面的地震加速度達到設計值。地震波動的輸入是通過粘彈性邊界和等效荷載共同實現的，作用在於模擬實際波場的應力邊界條件，通過完全積分法進行求解，一步即可求得上部廠房結構節點的絕對回響。
2.子結構法
所謂子結構法，就是將地基和上部廠房結構看作兩個或者多個子結構，對每個子結構獨立地進行分析。一般步驟是，首先用解析方法或者其他數值方法求得無限地基的動力剛度，然後將結構一地基交界面上的相互作用力-位移關係代入到結構的運動方程中進行求解。這種方法的關鍵就是求解地基的動力剛度。
