朱恒雨，王 偉，宋 平，吳 偉

(1.山東核電設(shè)備制造有限公司，山東 海陽 265118;2.山東省核電設(shè)備制造工程技術(shù)中心，山東 海陽 265118;3.煙臺(tái)市核電設(shè)備制造工程技術(shù)中心，山東 海陽 265118)

CAP1400機(jī)組屏蔽廠房鋼板混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱SC)，整體位于鋼制安全殼CV筒體外側(cè)，共有19層，可以屏蔽內(nèi)部核輻射，防御外部物理沖擊，并具有非能動(dòng)冷卻功能[1]。SC是在工廠內(nèi)進(jìn)行分模塊加工預(yù)制后，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分層組裝，其中每?jī)蓪幼鳛橐粋€(gè)運(yùn)輸整體，組裝后再由運(yùn)輸車運(yùn)至核島附近進(jìn)行吊裝就位。

SC主要由內(nèi)弧板、外弧板及鋼筋等部件構(gòu)成，待SC吊裝就位后在內(nèi)弧板、外弧板間進(jìn)行混凝土澆筑。圖1為組裝后的兩層SC整體結(jié)構(gòu)，外徑為47.97 m，內(nèi)徑為45.77 m，高度為6 m，重約320 t，其中內(nèi)弧板、外弧板為25 mm厚的Q345B鋼板，內(nèi)外弧板間采用φ20 mm鋼筋進(jìn)行穿孔塞焊連接。

圖1 SC結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 SC structural sketch

考慮SC的結(jié)構(gòu)及短距離運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，采用松耦合連接方式的自行式模塊運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸[2]。由于SC為大型筒體結(jié)構(gòu)，剛性較差，在運(yùn)輸過程中應(yīng)控制變形，以保證吊裝就位后的安裝誤差。因此需要對(duì)SC運(yùn)輸過程中的變形因素及防變形措施進(jìn)行分析與研究。

雙層SC整環(huán)運(yùn)輸過程中主要的外部載荷包括：運(yùn)輸啟制動(dòng)加速度、外部風(fēng)載荷、運(yùn)輸車起升過程及運(yùn)輸過程中的重力沖擊，取重力沖擊系數(shù)為1.1，并將風(fēng)速與運(yùn)輸車加速度設(shè)為同一方向作為最壞工況進(jìn)行分析。運(yùn)輸車之間可采用柔性控制及剛性連接支架使其保持同步運(yùn)行[3,4]，本文分析時(shí)默認(rèn)運(yùn)輸車之間為同步運(yùn)行。

本文利用Ansys軟件建模并進(jìn)行有限元分析，鋼筋及內(nèi)外弧板選用默認(rèn)實(shí)體單元；鋼筋劃分網(wǎng)格時(shí)，由于其數(shù)量較多，本文采用Sweep Method方式，并設(shè)置Sweep Num為5。鋼筋與弧板之間添加實(shí)體接觸，弧板與運(yùn)輸車連接區(qū)域添加固定約束，模型整體施加0.174 m/s2加速度載荷(方向沿車輛行駛方向)及10.78 m/s2的重力載荷，同時(shí)給外弧板施加117 N/m2的風(fēng)載荷(方向沿車輛行駛方向)。

1 運(yùn)輸車數(shù)量及位置分析

本文對(duì)不同分布位置與數(shù)量的運(yùn)輸車方案進(jìn)行對(duì)比分析，每輛運(yùn)輸車與SC的接觸弧長(zhǎng)均為2.4 m。運(yùn)輸車均采用對(duì)稱布置，整體分布有分布A和分布B兩種情況，使用五輛車與七輛車運(yùn)輸時(shí)，分布A與分布B情況相同，如圖2所示。

圖2 車輛位置分布Fig.2 Cars location

表1為兩種車輛分布情況下的SC位移對(duì)比表，通過表1數(shù)據(jù)可以看出車輛采用分布B情況下的SC變形較小，圖3展示了車輛分布B情況下的SC位移云圖。從圖中可以看出SC變形主要集中在兩車之間的SC上口位置，車輛支撐位置SC變形較小。

表1 車輛分布A與分布B對(duì)比Table.1 Comparison between location A and location B

圖3 SC位移云圖Fig.3 Cloud chart of SC displacement

圖4是車輛分布B情況下不同車輛對(duì)應(yīng)的SC位移及應(yīng)力對(duì)比曲線，其中∞表示SC下端完全與運(yùn)輸車接觸。從位移與應(yīng)力變化曲線可以看出：運(yùn)輸車的數(shù)量與SC變形有著直接的關(guān)系，且隨著運(yùn)輸車輛的增加，SC的位移與應(yīng)力也隨之減小。

圖4 不同車輛下的位移應(yīng)力對(duì)比Fig.4 Displacement and stress comparison between different cars

2 構(gòu)件變形分析

雖然使用更多的車輛運(yùn)輸可以控制SC的變形問題，但施工現(xiàn)場(chǎng)可用場(chǎng)地、道路寬度、運(yùn)輸成本等條件也限制了運(yùn)輸車的使用數(shù)量，因此需要研究采用較少數(shù)量運(yùn)輸車運(yùn)輸時(shí)SC的防變形處理措施，為此首先應(yīng)確定引起SC變形的主要構(gòu)件。

2.1 鋼筋變形分析

為了了解鋼筋對(duì)SC整體變形的影響，本文分別對(duì)內(nèi)弧板與外弧板弧面添加固定約束，對(duì)鋼筋進(jìn)行單獨(dú)分析，以確定鋼筋的變形量。圖5與圖6分別顯示了固定內(nèi)弧板與固定外弧板時(shí)SC的位移云圖，結(jié)果顯示兩種分析結(jié)果相近，鋼筋最大變形為22 mm，對(duì)比SC整體運(yùn)輸時(shí)的位移，說明鋼筋對(duì)整體SC的變形影響不大。

圖5 內(nèi)弧板固定時(shí)鋼筋的位移云圖Fig.5 Cloud chart of SC displacement on inner plate fixed

圖6 外弧板固定時(shí)鋼筋的位移云圖Fig.6 Cloud chart of SC displacement on outer plate fixed

2.2 內(nèi)外弧板變形分析

本文通過單獨(dú)對(duì)內(nèi)弧板及外弧板進(jìn)行分析，以映射出內(nèi)弧板、外弧板對(duì)SC整體變形的影響。結(jié)果表明外弧板的位移云圖也與內(nèi)弧板位移云圖變形趨勢(shì)類似，且變形趨勢(shì)與SC整體變形趨勢(shì)相近。圖7為分析得到的內(nèi)弧板與外弧板的位移曲線。圖示表明內(nèi)弧板與外弧板變形相對(duì)較大，是引起SC整體變形的主要構(gòu)件，其中內(nèi)弧板對(duì)變形的影響最大。

圖7 內(nèi)弧板與外弧板位移曲線Fig.7 Displacement curve of inner and outer arc plate

通過以上對(duì)SC鋼筋、內(nèi)弧板、外弧板的分析，可以得到以下結(jié)論：內(nèi)弧板與外弧板是引起運(yùn)輸過程中變形的主要構(gòu)件，對(duì)內(nèi)弧板、外弧板采取變形控制措施，將是控制SC整體位移與應(yīng)力的研究方向。

3 防變形控制分析

通過2.2節(jié)分析可知，變形最大處位于SC上口位置，因此要更好地對(duì)SC變形進(jìn)行控制，應(yīng)限制SC上口區(qū)域的形變。本文選用6輛運(yùn)輸車分別對(duì)內(nèi)弧板上口與外弧板上口進(jìn)行形變約束，限制上口的變形，從而觀察限制上口變形后對(duì)SC整體變形的影響，結(jié)果表明通過分別限制內(nèi)弧板及外弧板上口形變，幾乎可以完全限制SC整體的位移，效果顯著，如圖8所示。

圖8 固定上口的位移云圖Fig.8 Cloud chart of SC displacement on arc plate upper head fixed

因控制內(nèi)弧板上口與外弧板上口幾乎可以達(dá)到相同的變形控制效果，且在內(nèi)弧板上增加防變形支撐更加方便，同時(shí)不會(huì)占用SC外側(cè)空間，因此本文選用控制內(nèi)弧板上口的方式進(jìn)行下一步分析。

本文采用4輛、5輛、6輛運(yùn)輸車分別進(jìn)行四邊形、五邊形、六邊形加固措施，對(duì)SC進(jìn)行變形控制，如圖9所示，型鋼與SC上口表面平齊，支撐型鋼均使用H390 mm×300 mm×10 mm×16 mm，分析時(shí)型鋼與SC之間添加實(shí)體接觸。

圖9 多邊形加固示意圖Fig.9 Sketch of polygon reinforce

圖10(a)為不同運(yùn)輸車運(yùn)輸情況下采用不同支撐方式的SC位移對(duì)比曲線，從曲線中可以看出：使用相同數(shù)量的運(yùn)輸車時(shí)，六邊形效果好于五邊形好于四邊形。圖10(a)中還表明，采用四邊形支撐時(shí)，用四輛車運(yùn)輸變形最?。徊捎梦暹呅沃螘r(shí)，用五輛車運(yùn)輸變形最?。徊捎昧呅沃螘r(shí)，用六輛車運(yùn)輸變形最小。

圖10 位移對(duì)比曲線Fig.10 Displacement comparison curve

因此不論采用4輛、5輛還是6輛車進(jìn)行運(yùn)輸，添加的支撐不是越多越好，而是在SC變形最大的位置添加支撐，才能達(dá)到較好的控制效果。

圖10(b)選取了4輛、5輛、6輛車分別采用四邊形、五邊形、六邊形支撐情況下的SC最大位移與不加任何支撐下的SC最大位移進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明通過添加合理的支撐方式，能夠?qū)C的變形進(jìn)行有效的控制。

以上加固方式可以作為實(shí)際運(yùn)輸過程的參考，運(yùn)輸時(shí)可以在局部變形與應(yīng)力較大位置增加加勁板進(jìn)行局部加強(qiáng)，可以進(jìn)一步控制SC的變形與應(yīng)力。

4 結(jié)論

本文對(duì)SC屏蔽廠房整環(huán)運(yùn)輸過程的變形與防變形控制措施進(jìn)行了模擬分析，先后對(duì)不同運(yùn)輸車下的SC變形、不同運(yùn)輸車分布位置的SC變形、SC不同構(gòu)件的變形、固定SC上口的變形、多邊形支撐下的SC變形進(jìn)行了分析對(duì)比，得到了以下結(jié)論。

(1)運(yùn)輸車數(shù)量越多，SC變形越小，通過對(duì)比變形大小，并考慮現(xiàn)場(chǎng)誤差調(diào)整范圍，本文建議使用6輛車進(jìn)行運(yùn)輸；

(2)采用圖2車輛分布B方式布置運(yùn)輸車，能更好地控制SC變形；

(3)SC內(nèi)外弧板是SC整體變形主要構(gòu)件，其中內(nèi)弧板產(chǎn)生的影響最大；

(4)對(duì)內(nèi)弧板上口進(jìn)行支撐加固可以有效地控制SC變形，本文建議在六輛車運(yùn)輸情況下采用圖9六邊形支撐方式進(jìn)行SC加固。