□李金艷 楊風(fēng)松

一、概述

密封小室為核安全級、抗震I類的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂板、底板厚2m，四周墻體厚1.5m，長×寬×高為5.4×4×4.6m，內(nèi)設(shè)不銹鋼覆面，鋼覆面與混凝土結(jié)構(gòu)共同作用，包容嚴重事故工況下的高溫及高壓液體。

為了確保密封小室在事故壓力下的密封可靠性，需對密封小室混凝土結(jié)構(gòu)進行整體性試驗，據(jù)此對密封小室混凝土結(jié)構(gòu)的完整性和安全性進行評定，從而為密封小室結(jié)構(gòu)的成功建設(shè)提供可靠的試驗依據(jù)。參照《壓水堆核電廠安全殼結(jié)構(gòu)整體性試驗》(NB/T 20017-2010)的要求，試驗壓力應(yīng)達到廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計壓力的1.15倍。嚴重事故時密封小室結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓力值為2MPa，所以打壓試驗的最大內(nèi)外壓差應(yīng)為2.3MPa。

二、試驗內(nèi)容

根據(jù)《壓水堆核電廠安全殼結(jié)構(gòu)整體性試驗》(NB/T 20017-2010)的要求，進行壓力試驗時，密封小室的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行以下幾方面的試驗檢測。

(一)結(jié)構(gòu)整體變形。測試在各等級試驗壓力下墻體的外凸變形。

(二)非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力測量。測量在各等級試驗壓力下墻體在水平和垂直兩個方向上主筋的應(yīng)力值；混凝土應(yīng)變應(yīng)力測量：試驗壓力下墻體混凝土在水平和垂直兩個方向上的應(yīng)變應(yīng)力值。

(三)表面裂縫。觀測在各等級試驗壓力下墻體外表面混凝土是否會出現(xiàn)微細裂縫。

(四)外觀質(zhì)量檢查。對密封小室的壓力邊界外觀全面檢查。檢查范圍包括裂縫、蜂窩、麻面、孔洞、表面夾雜物、表面玷污及缺棱掉角等。

三、單元選擇和有限元模型的建立

由于密封小室墻板厚度與跨度之比均大于1/5,屬厚墻厚板結(jié)構(gòu),剪切變形不容忽略，應(yīng)采用Mindlin/Reissner公式計算?？紤]彈性計算分析結(jié)果與實際模型會有較大的偏差，本文采用更加精確的彈塑性分析，以便真實考慮混凝土開裂或鋼筋進入塑性對結(jié)構(gòu)整體剛度和應(yīng)力分布的影響。

采用SAP2000有限元軟件進行建模計算，建立密封小室的整體三維有限元模型如圖1所示。模型中墻板均采用非線性分層殼單元，分層殼單元由各向鋼筋層和混凝土層組成共同受力，考慮混凝土和鋼筋的材料非線性。

圖1 整體三維有限元模型

四、計算結(jié)果與試驗對比分析

考慮結(jié)構(gòu)自重，并在密封小室內(nèi)部施加2.3MPa的壓力，經(jīng)計算求解，結(jié)構(gòu)的最大變形和應(yīng)力分別進行詳細分析。

(一)整體變形。由圖2可以看出，打壓狀態(tài)下，密封小室墻體中部的變形最大，在Z向的最大變形值為2.1mm，與1.9mm的試驗測定值基本一致。

圖2 整體變形

(二)鋼筋、混凝土的應(yīng)力分布。在荷載作用下墻體外側(cè)的跨中鋼筋和內(nèi)部的端部鋼筋的計算應(yīng)力最大，分別為74.8MPa和192MPa，如圖3所示，試驗測得的最大應(yīng)力分別為82MPa和185MPa：HRB400級鋼筋的強度設(shè)計值為360MPa，所以鋼筋強度滿足設(shè)計要求。

a)墻體外側(cè)跨中鋼筋應(yīng)力 b)墻體內(nèi)側(cè)端部鋼筋應(yīng)力圖3 鋼筋應(yīng)力圖

混凝土的試驗應(yīng)力達到了5MPa，已經(jīng)超過了C35混凝土的抗拉強度標準值2.2MPa，說明混凝土已進入帶裂縫工作狀態(tài)。

(三)墻體裂縫。在最大壓力載荷作用下,外側(cè)跨中出現(xiàn)了局部范圍的開裂，實測最大裂縫達到了0.2mm,小于裂縫計算值0.29mm。

五、結(jié)論和建議

通過上述計算分析，可以得出如下結(jié)論：第一，采用非線性分層殼可以較好地模擬厚墻厚板的彈塑性力學(xué)特性。第二，由于壓力較高，墻體在彎矩較大處裂縫開展明顯，為確保結(jié)構(gòu)的密封性，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)宜采用鋼覆面作為密封壓力邊界。第三，對于壓力較高的密封小室，需要密切關(guān)注高壓下的裂縫缺陷，建議采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)裂縫。