抗震计算分析

第 1 页 共 8 页 地下室楼梯抗震加固计算说明书

一． 计算依据

1. 《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）；

2. 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

3. 《混凝土加固设计规范》（GB50367-2013）

4. 《纤维复合材料建设工程应用技术规范》（GB50608-2010）

5. 原结构设计图

二.计算理论

本次加固是楼梯的抗震加固，具体表现在原地下室楼梯采用非抗震钢筋，楼梯延性达不到规范要求，需要进行对其延性加固，加固材料为碳纤维材料。

根据抗震规范，结构的曲率延性系数yu/，其中u为屈服曲率，y为极限曲率，取承载力下降到uP85.0的曲率。

根据试件正截面应变关系，hsycyy/，其中cy为混凝土屈服应变，sy为钢筋屈服应变。加固试件极限曲率表示为hfcuu/，最终可得加固后试件延性系数，本次加固受力碳纤维布锚固可靠，破坏模式为拉断破坏，极限应变取0.01。最终得到加固后延性系数计算值为3.325，满足钢筋混凝土构件延性设计要求。

为了使碳纤维条带参与受力，试件承载力下降到uP85.0时，碳纤维不发生破坏，因此，加固后试件的承载力提高幅度大于或等于uP15.0。

三.承载力验算

（1）7#楼梯一计算 第 2 页 共 8 页 楼梯板计算：

原楼梯抗弯承载力计算：板厚160mm，宽度为1325mm，受力钢筋HRB400，直径16mm，间距90mm，混凝土强度为C30。计算：根据混凝土和钢筋力平衡关系，syAfbxfc1，得混凝土受压区高度为2.56x，跨中弯矩为2/01xhbxfMcu，计算得mkN117uM。

加固验算：碳纤维条带宽度100mm，间距100mm，厚度0.167mm，2层，弹性模量取2.1*105MPa。计算：根据加固后混凝土和钢筋力平衡关系，feffsyAfAfbxfc1，计算后得1.69x，加固后的承载力mkN1392/01xhbxfMcu

1、 振型分解反应谱法

①计算振型参与系数

121{}[]{1}{}[]{1}jinijijijnTjiimMMm

②计算地震影响系数

0.25gT max0.08；

112T，222T

0.91max1gTT，2根据提示

③各振型的地震力

由jiijjjiFG，得1112FF, 2122FF

④底层层间剪力

111112VFF 212122VFF

最大底部剪力：211njijVV

2、 底部剪力法

①12,2hhhh

②2112001200()EiiGGkN

③底部总剪力

110.85()EKEKEFGGkN

④各层作用

1121.0281.4gTsT

10.080.010.092nT,(根据提示)

6.193nnEKFFkN

1(1)iiiEKnniiiGHFFGH

1F 2F

1振型分解反应谱法

①计算振型参与系数

121{}[]{1}{}[]{1}jinijijijnTjiimMMm

②计算地震影响系数

0.25gT max0.08；

112T，222T

0.91max1gTT，2根据提示

③各振型的地震力

由jiijjjiFG，得1112FF, 2122FF

④底层层间剪力

111112VFF 212122VFF

最大底部剪力：211njijVV

2底部剪力法

①12,2hhhh

②2112001200()EiiGGkN

③底部总剪力

110.85()EKEKEFGGkN

④各层作用

1121.0281.4gTsT

10.080.010.092nT,(根据提示)

机械工程师网址：电邮：hrbengineer@圆园20年第3期MECHANICALENGINEERMECHANICALMECHANICALENGINEER核电站阀门抗震分析与计算周长宝（安策阀门（太仓）有限公司，江苏太仓215400）摘要：分析了旋塞阀在地震中所承受的载荷情况，提出了核电站阀门地震载荷大小及载荷组合，给出了核电站阀门在承受地震载荷及设计组合载荷作用下的强度校核计算方法。关键词：旋塞阀；核电站；地震载荷；强度校核中图分类号:TH137；TM623文献标志码:粤文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园20）03原园079原园3Anti-seismicAnalysisandCalculationofNuclearPowerPlantValvesZHOUChangbao(AZArmaturen(Taicang)Co.,Ltd.,Taicang215400,China)Abstract:Thispaperanalyzestheloadoftheplugvalveinanearthquake,proposesthemagnitudeoftheseismicloadandtheloadcombinationofthenuclearpowerplantvalve,andgivesthecalculationmethodforthestrengthcheckofthenuclearpowerplantvalveundertheseismicloadanddesigncombinedload.Keywords:plugvalve;nuclearpowerplant;seismicload;strengthcheck0引言核电站使用阀门有相当部分会有抗震等级要求，阀门在地震过程中，地震载荷对阀门承压边界会产生一定影响，核电站使用的阀门必须能承受地震载荷给阀门带来的应力作用，阀门地震载荷的分析一般采用有限元分析软件进行阀门固有频率分析，然后用等效静力法来计算地震载荷引起的压力，并将等效压力与工作压力叠加后计算与其总压力所对应的应力值，然后根据评定原则来校核阀门承压边界零件的应力强度。本文以核级旋塞阀为例分析了阀门的固有频率计算，同时对阀门的抗震分析的一般过程做了论述，不同的阀门类型计算过程略有不同。1阀门设计参数与材料该阀门为核安全2级，抗震1A类旋塞阀，阀门的公称通径为DN80,接管尺寸为准88.9伊5.5mm,阀门的公称压力为Class150,阀门的设计压力为1.33MPa，水压强度试验压力为2.66MPa，设计温度为150益。该旋塞阀的组装图如图1所示，主要由阀体、阀瓣、阀盖、下阀盖、执行器支架、电动执行器、螺栓螺母组成。阀门质量为100kg，其中电动执行器的质量为51kg。阀体、旋塞、阀盖、下阀盖材料均为Z2CND17-12，阀盖螺栓及下阀盖螺栓材料为X6CrNiCu17-04,螺母材料为X12Cr13。计算所取材料参数如表1所示。2阀门固有频率采用有限元分析软件进行阀门的固有频率计算，首先要简化三维模型，取消一些复杂倒角或者沟槽区域，因为模型过于复杂会影响到模型的网格划分，最终导致计算结果的不准确。三维模型简化完成后，进行网格划分，然后选用合适的固有频率分析求解器完成阀门固有频率的计算。只有在阀门的固有频率大于33Hz的情况下，才可以使用等效静力法来做阀门的抗震分析[1]。3载荷阀门的载荷包括自重、内压、管道载荷、地震载荷等[2]。3.1管道载荷管道传递给阀体的载荷被称为管道载荷。如果阀门的管道载荷大小在设计规格书中并没有提供，我们可以依据RCC-MC3552确定阀门的管道载荷[3]，即：Peb=Cb·Fb·Sy忆/Gb；Cb=max0，335（r/Tr）2/3；1；嗓r=ri+Tr/2；Gb=仔4伊(ri+Tr)4原ri4(ri+Tr)；Fb=仔32·De4原Di4De；Sy忆=207MPa。表1阀门结构材料参数零件名称材料弹性模量Eh/GPa抗拉强度Su/MPa屈服强度Sy/MPa许用应力S(150益)/MPa阀体、阀盖Z2CND17-12193490173108阀盖螺栓X6CrNiCu17-04200965793193图1阀门结构图1.阀盖螺栓螺母2.下阀盖3.阀体4.旋塞5.阀盖6.执行器支架7.电动执行器765432179机械工程师圆园20年第3期网址：电邮：hrbengineer@MECHANICALENGINEERMECHANICALMECHANICALENGINEER式中：Cb为弯曲载荷的应力指数；ri为阀门支管内径，mm；Tr为阀门支管壁厚，mm；Gb为阀体支管处惯性模量；Fb为连接管道的惯性模量；De为管道外径，mm；Di为管道内径，mm。3.2地震载荷阀门整机包括外伸机构的最低自振频率大于33Hz的阀门，其抗震计算可采用等效静力法，即将等效的地震加速度引起的静载荷施加于外伸机构的重心上，且考虑空间正交三个方向的等效地震载荷同时作用。地震会给阀门带来水平X方向、水平Z方向及垂直Y方向等3个方向上的加速度,重力加速度是g=9.81m/s2，地震载荷的作用如图2所示。3.3自重自重载荷的施加方式为在垂直Y方向施加1g的重力加速度。3.4工况及载荷组合由地震产生的载荷及其他载荷（例如内压、自重、管道载荷等）产生的应力分量或附加载荷组合如表2所示。其中地震载荷包括OBE运行基准地震载荷，以及SSE安全停堆地震载荷。阀门的各个工况下载荷一般不会逐一计算校核，一般会取包络的严酷工况来完成计算，如表3所示。4应力计算与评定主要针对影响阀门承压边界的阀体、阀盖及阀盖螺栓进行应力校核计算。4.1阀体按照RCC-MC3550章节对阀体的一次薄膜和一次薄膜加弯曲应力进行计算分析[3]。阀体一次薄膜应力计算公式为滓m=AfAm+0.5蓸蔀·Ps。阀体一次薄膜+弯曲应力计算公式为滓m+滓b=1.5riTr+0.5蓸蔀·Ps+Peb。式中：滓m为阀体一次薄膜应力强度，MPa；滓b为阀体弯曲应力强度，MPa；Af为阀体拐角区面积，mm2；Am为有效金属面积，mm2；ri为阀体拐角区的内半径，mm；r为阀体拐角区平均半径，mm；Ps为介质压力，MPa。计算出的阀体一次薄膜+弯曲应力值与该阀体材料设计温度下对应的许用应力比较，满足计算值小于许用值。各工况下的应力许用强度值如表4所示。表4中：S为基本许用应力值，MPa；Sy为屈服强度，MPa。4.2阀盖阀盖在阀门中属于承压零件，可以采用RCCM-C3324章节来计算，阀盖的计算需要同时考虑阀盖螺栓的力矩，因此一般在计算阀盖的同时，需要先计算阀盖螺栓在各个工况下的力矩情况。然后依据RCCM-C3324章节来计算出在各工况下需要的最小阀盖厚度。阀盖的材料与阀体材料相同，因此计算时所使用的许用应力值与表3中一致。计算评定的准则是，阀盖的实际厚度大于所需厚度即可[3]。4.3阀盖螺栓阀盖螺栓的主要作用是保证阀门的阀盖和阀体的连接，螺栓提供一定的预紧力，保证阀门在介质载荷、地震载荷及其他多种组合载荷的作用下阀门的结构完整及垫片的有效密封。保证阀门承压边界安全性及阀门密封性。在阀门地震工况下螺栓的受力主要是由于外伸机构的偏心导致，外伸机构的质量在三个方向上的加速度的作用下，使得连接螺栓需要提供更大的预紧力，来保证阀门密封性及承压边界完整性[4]。4.3.1地震等效压力对于阀盖螺栓，按照RCC-M规范中ZV200规定的方法来评定，设计压力为1.33MPa，等效压力主要来自于地震载荷作用下产生的惯性力。等效压力与工作压力叠加后计算总压力所对应的螺栓预紧力。等效压力计算公式为：Peq=16Mf仔Dj3+4Fa仔Dj2；Mf=Mx2+Mz2摇姨。式中：Peq为地震等效压力，MPa；Dj为垫片平均直径，mm；Mf为弯曲力矩，N·mm；Fa为外载荷轴向力，Fa=Fy，N。4.3.2预紧力计算螺栓预紧力的计算需要计算三个预紧力，分别是保证螺栓实现垫片密封所需要的预紧力Fs0、保证螺栓不受剪切力所需要的预紧力Fs0忆及试验工况下的预紧力Fs(Peh)。按照RCCM-ZV200章节去计算Fs0、Fs0忆、Fs(Peh)[5]。外伸机构区域Fy+My+MzFz+MxFx外伸机构重心图2外伸机构在地震载荷作用下的加速度表2地震作用下的阀门载荷组合工况重力加速度内压/MPa管道载荷/MPa地震设计工况g1.33Peb—正常工况g1.33OBE=4g异常工况g1.1伊1.33OBE=4g事故工况g1.2伊1.33SSE=6g水压强度试验工况g2.66——表3严酷工况下的阀门载荷组合工况重力加速度内压/MPa管道载荷地震工况1g1.2伊1.33Peb6g工况2g2.66——表4阀体各工况许用应力值工况一次薄膜滓m计算式限值计算式限值工况1S108.01.50S169.50工况20.9Sy155.71.35Sy233.55一次薄膜+弯曲滓m+滓b（下转第85页）80机械工程师网址：电邮：hrbengineer@圆园20年第3期MECHANICALENGINEERMECHANICALMECHANICALENGINEER螺栓实际提供的预紧力Fsi计算公式为Fsi=n·CsiPas2仔+0.15Rmoy_f+0.15Rmoy_a。式中：Csi为单个螺栓实际提供的力矩，N·mm；Pas为螺栓螺距，mm；n为螺栓数量；Rmoy-f为系数；Rmoy-a为系数。计算中螺栓材料的力学性能参数如表1所示。通过计算，最终保证螺栓实际提供的预紧力Fsi均大于Fs0、Fs0忆及Fs(Peh)。即验证了螺栓的选型合理，可以提供足够的力，保证阀盖与阀体之间的垫片可以实现正常密封，在各载荷作用下螺栓不受剪切作用，以及满足试验工况下阀门的垫片密封等[6]。5结论本文以核电站用旋塞阀为例，分析了在各个工况下的强度计算，提供了一种在包括地震载荷作用下的各工况的阀门承压边界的强度计算思路和方法。提供了一种理论依据和技术支持，其计算方法和步骤是可行有效的。[参考文献][1]压水堆核岛机械设备设计和建造规则:RCC-M-C-2007[S].[2]周莹,邹建荣.核一级电动闸阀抗震分析[J].阀门,2015(1):16-17,20.[3]郑岳山,秦玮,李云华.乏燃料运输容器螺栓预紧力矩确定方法[J].科技视界,2017(4):140-141.[4]王伟,李晓轩,文静.核安全二级和三级阀门抗震特性的分析[J].阀门,2011(6):28-30.[5]珣李景,王刚.核电站抗震管道的风载荷实例分析[J].产业与科技论坛,2016,15(10):43.[6]压水堆核岛机械设备设计和建造规则:RCC-M-Z-2007[S].（责任编辑邵明涛）作者简介：周长宝（1979—），男，硕士，高级工程师，主要从事工业用阀门的设计研发工作。收稿日期：2019-06-05滋max=min[滋Amax，滋Bmax，滋Dmax]。（25）滓沂[滓min，滓max]。（26）其中：滓min=max[滓Amin，滓Bmin，滓Dmin]；（27）滓max=min[滓Amax，滓Bmax，滓Dmax]。（28）将式（14）与式（15）、式（17）与式（18）及式（20）与式（21）代入到式（23）~式（28），可得到优化后主要分布参数均值滋、标准差滓与变异系数C的取值范围：滋沂[199.3MPa，205.8MPa]；（29）滓沂[6.483MPa，14.16MPa]；（30）C沂[0.03150，0.07105]。（31）比较式（29）与式（20）、式（31）与式（22）可知，优化后软态TP2铜材的室温抗拉强度的均值与标准差波动范围变小，精度得到提高。6结语基于24组软态TP2铜管的实测爆破压力，应用数理统计理论与方法，分析了室温软态TP2铜材抗拉强度的分布规律与参数，得到如下结论：1）显著度为0.05时，室温软态TP2铜材抗拉强度是基本符合正态分布的随机变量；2）双侧置信度为99%时，室温软态TP2铜材抗拉强度的均值不小于199.3MPa且不大于205.8MPa，标准差不小于6.483MPa且不大于14.16MPa，变异系数位于0.03150与0.07105之间。[参考文献][1]无缝铜水管和铜气管:GB/T18033-2017[S].[2]金属管液压试验方法:GB/T241-2007[S].[3]徐灏.机械强度的可靠性设计[M].北京:机械工业出版社,1984.[4]刘岑,吴元祥,刘兵,等.奥氏体不锈钢S30408抗拉强度的分布规律[J].河北工业科技,2016,33(1):34-37.[5]杨帆,刘岑,刘兵,等.桥梁结构钢机械性能指标的概率分布[J].工业安全与环保,2018,44(9):64-67,75.[6]刘岑,刘小宁,刘兵,等.拓展设计公式应用范围的精度比较法[J].机械强度,2018,40(1):145-153.[7]刘小宁,刘岑,刘兵,等.承压容器爆破压力计算公式的评价方法研究[J].机械强度,2017,39(6):1409-1417.[8]杨帆,刘小宁,刘岑,等.小口径TP2铜管爆破压力的概率分布[J].现代制造工程,2019(5):122-126,138.[9]杨帆,刘岑,刘兵,等.铜管爆破压力计算公式[J].武汉工程职业技术学院学报,2017,29(3):12-16.[10]熊德之,张志军.概率论与数理统计及其应用[M].北京:科学出版社,2007:151-153,261-266.[11]化学工程手册编辑委员会.化工应用数学[M].北京:化学工业出版社,1983:30-33,372-374.[12]徐文举.液化石油气钢瓶爆破压力计算公式的探讨[J].化工机械,1993,20(3):161-162.[13]刘小宁,张红卫,刘岑,等.钢制薄壁内压短圆筒静强度的试验研究[J].压力容器,2009,26(7):11-14.[14]刘小宁,刘岑,陈帆,等.不同批次试验数据同质性的判别[J].武汉工程职业技术学院学报,2018,30(2):8-12.[15]刘岑,吴森林,杨帆,等.金属低温冲击试验吸收能量的概率分布[J].机械工程师,2019(3):103-105.[16]刘小宁,刘岑,杨帆,等.概率分布假设检验中有效数据的重新分组[J].武汉工程职业技术学院学报,2018,30(3):18-21.[17]刘小宁,杨帆,刘岑,等.奥氏体不锈钢预应变效果评价[J].机械强度,2019,41(1):104-109.[18]刘小宁,刘岑,陈刚,等.奥氏体不锈钢超低温屈服强度的概率分布[J].武汉工程职业技术学院学报,2019,31(1):1-5.[19]刘岑,吴森林,杨帆,等.超高压容器爆破压力计算公式的精度比较[J].压力容器,2019,36(5):43-49,66.[20]杨帆,刘岑,张红卫,等.两种结构小直径TP2铜管爆破压力的同质性[J].武汉工程职业技术学院学报,2019,31(2):1-7.（责任编辑张立明）作者简介：张红卫(1970—)，男，教授，高级工程师，主要研究方向为机械智能设计与制造。杨帆(1989—)，男，助教，主要研究方向为机械智能设计与制造。通信作者：杨帆，15172540623@。收稿日期：2019-07-12（上接第80页）85

煤炭工程　２００２年第７期　

多层砖砌体住宅楼抗震计算分析　

方文华黄玲俐　邓　宁　

（鹤煤集团公司　河南鹤壁４５８０００）　

摘要：通过对住宅楼工程实例抗震计算，贯彻最新＜建筑抗震设计规范｝ＧＢＳ００１１—２００１，　

合理、经济地选择砌体材料及墙厚，在控制工程造价的同时，满足结构安全要求。　

关键词：住宅楼抗震计算；砌体强度及墙厚；经济与安全；砌体结构；配筋砖砌体　

中图分类号：ＴＵ３６２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２００２）Ｃｒ７—００２４—０３　

进入２ｌ世纪，我国的住宅建设又有了突飞猛进　

的发展。随着最新版本＜建筑抗震设计规范＞　

图２巷道锚杆支护布置图　

图３测力锚杆受力分布　ＧＢ５００ｌ１—２００１的颁布实施，有必要对某一典型的　

住宅实例进行抗震计算。　

４结论　

１）巷道围岩地质力学测试是锚杆支护技术的必　

要前提。巷道围岩地质力学快速测试系统，包括井　

下巷道围岩强度测定装置、钻孔窥视仪和小孔径水　

压致裂地应力测量装置，可快速、准确地完成地质力　

学测试工作，为锚杆支护设计提供可靠的基础参数。　

２）五阳矿沿煤层底板掘进的综采放顶煤回采巷　

道，煤层松软破碎，巷道压力大，属难支护巷道。以　

地质力学测试数据为基础进行设计，采用锚杆锚索　

联合支护，有效地控制了巷道围岩的变形和破坏，在　

掘进和回采期间巷道变形均比较小，提高了巷道的　

稳定性，保证了巷道的安全和回采工作面的顺利推　

进。同时也充分说明了锚杆支护初始设计是科学　

的、合理的。　

参考文献：　

［１］康红普．高强度锚杆支护技术的发展与应用［Ｊ］．煤炭　

科学技术，２ＯＯＯ，２８（２）：１—４．　

［２］康红普，林健．我国巷道围岩地质力学测试技术新进展　

［Ｊ］．煤炭科学技术，２ＯＯｌ，２９（７）：２７—３０．　

（责任编辑章新敏）　

收稿日期：２００２—０４—２６　

作者简介：方文华（１９６６一），男，林州人，国家一级注册结构工程师，１９８８年毕业于河北煤炭建筑工程学院工民建专业。