核电起重机的抗震计算

*基金项目：国家自然科学基金（51875381）、太原科技大学博士科研启动基金（20192044）核电站专用桥式起重机抗震设计研究*王全伟1郑 广2郭晓鹏1文 豪1杨明亮11 太原科技大学机械工程学院 太原 0300242 山西省特种设备监督检验研究院电梯检验一部 太原 030024摘 要：为提高核电站专用起重机的抗震安全性能，根据地震激励下起重机安全分析评估的重要性，探讨结合专用桥式起重机工况采用静态和动态相结合的抗震评估流程方法，研究最大反应谱法在桥式起重机的应用，结果表明：桥式起重机结构随着小车位置、吊钩位置、吊载状态改变具有不同的模态特性，地震激励下的动态特性与反应谱的固有频率和参与振型相关。

关键词：核电站；桥式起重机；地震载荷；最大反应谱法中图分类号：TM623：TH215 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）15-0045-06Abstract: In order to improve the seismic safety performance of special cranes for nuclear power plants, based on the importanceof safety analysis and evaluation of cranes under earthquake excitation, in this paper, the application of maximum response spectrum method in bridge crane was studied by adopting the seismic evaluation of bridge crane under static and dynamic working conditions, Results show that with the change of trolley position, hook position and load state, the structure of bridge crane presents different modal characteristics, and the dynamic characteristics under earthquake excitation are related to the natural frequency of response spectrum and vibration modes.Keywords: nuclear power plant; bridge crane; seismic load; maximum response spectrum method0 引言通过对国内外的几次较大地震对核电站的影响统计发现，核电站在地震灾害发生时均实现了停堆，而在面临2011年的日本福岛附近的9.0级超强地震时，核电站的总体应对能力不足[1]。

核电起重机的抗震计算[吕宏][大连重工·起重集团设计研究院，116013][ 摘要 ] 核电起重机使用上的特殊性, 与一般的起重机相比，具有较高的抗震要求,以确保设备在地震作用下保持安全可靠。

抗震性一直是核电起重机设计的主要问题之一。

本文以核电站用的环行起重机为例，介绍了采用ANSYS有限元分析软件，基于美国ASME NOG-1-2004标准，反应谱分析方法在核电起重机的抗震计算中的应用, 并对反应谱分析方法的计算原理、核电起重机的梁单元、集中质量单元、杆单元的建模方法，大车车轮与轨道、小车车轮与轨道连接的边界条件的处理，载荷计算和载荷组合，模态数的选取，后处理振型的组合方法进行了相应的阐述，通过实例计算，同时可以计算出每个梁单元的应力、环梁支撑的牛腿力、大车轮压、小车轮压、水平轮压力、大小车上抛力、钢丝绳拉力等结果，为类似起重机的抗震计算提供了借鉴。

[ 关键词] ASME NOG-1-2004；核电起重机；反应谱；抗震计算Anti-seismic calculation for crane designed for use innuclear power plants[Lu Hong][DHI·DCW GROUP CO.,LTD,116013][ Abstract ] The crane use in nuclear power plants need high anti-seismic capability, ensure equipment safety, anti-seismic calculation is main problem. This article base on ASMENOG-1-2004 standard , use ANSYS software, introduce response spectrum analysis fornuclear power station crane seismic calculation, include introduction response spectrumanalysis calculation principle, build model use beam element, mass element , linkelement, wheel connect with railway, loads calculation and loads combination, numberof modes to extract, modes combination, through example calculation, obtain elementstress and forces ,to supply references to similar crane seismic calculation.[ Keyword ] ASME NOG-1-2004；nuclear power station crane；response spectrum ; seismiccalculation.1前言核电起重机使用上的特殊性, 与一般的起重机相比，具有较高的抗震要求,以确保设备在地震作用下保持安全可靠。

核电桥式起重机抗震分析邹中（大连益利亚工程机械有限公司，辽宁大连 116025）［摘要］应用有限元软件建立桥式起重机三维计算模型，基于模态分析结果，利用反应谱法对起重机进行了抗震计算。

求解起重机在最大操作负载及安全地震（SL-2）载荷作用下的最大响应，验证了起重机的安全性。

［关键词］桥式起重机；地震响应；反应谱；有限元［中图分类号］TH213.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1001-554X（2014）09-0082-04Seismic analysis of bridge crane for nuclear powerZOU Zhong核电用桥式起重机是核反应堆燃料后处理的重要起重设备，抗震要求为Ⅰ类［1］。

为确保设备在地震作用下安全可靠，需对该起重机进行抗震性分析。

由设计任务书可知该机应在承受最大操作负载及极限安全地震（SL-2）引起的载荷的情况下，能保证其安全性［1］。

设计中采用反映谱法，综合三向地面运动运行，分析了该起重机处于不同位置、不同载荷组合时的最大地震响应，验证起重机的安全性。

反应谱分析的理论将时变动力学问题转化为拟静力问题方法简便，计算工作量较少。

1 有限元模型1.1 模型的建立该起重机的大、小车架均为箱型梁结构，采用梁单元模拟；上下滑轮、减速器和电动机以梁单元模拟并通过调整单元密度的方式使模型质量和施加机构质量一致；钢丝绳用Link10受拉杆单元模拟，并通过16根杆单元来模拟实际起升机构的钢丝绳缠绕方式。

起重机桥架及小车架的有限元模型如图1、2所示。

将大、小车车轮视为刚体，吊重作为集中质量载荷加在下部滑轮梁中间位置。

起重机大、小车各自的水平轮，以刚性较大的短梁来模拟。

箱型梁内部布置的隔板、筋板等部件，影响结构的稳定性，故将其质量均布在结构中。

起升卷筒以梁单元模拟，卷筒和梁的连接处以刚性较大的短梁来模拟卷筒轴轴承座，使卷筒上的力以均布载荷的形式施加在小车架相应位置。

整机有限元模型如图3所示。

核电厂抗震设计规范
核电厂抗震设计规范是指为了确保核电厂在地震发生时能
够安全运行而制定的技术规范。

以下是一些常见的核电厂
抗震设计规范：
1. 地震烈度等级：根据该地区的地震历史和地质条件，确
定核电厂所在地的地震烈度等级。

2. 设计基准地震动参数：确定核电厂在地震发生时所受到
的最大地震力，并确定其频谱特征，如加速度、速度和位
移等。

3. 地震动输入：根据设计基准地震动参数，模拟核电厂结
构在地震发生时所受到的地震动，用于进行结构响应分析。

4. 结构抗震设计：根据核电厂的特点和抗震要求，设计和
计算核电厂的结构，包括建筑物的基础、主体结构和设备
支撑系统。

5. 设备和管道设计：确保核电厂的设备和管道在地震发生
时能够正常工作，采取一些措施，如加强设备和管道的支
撑和固定。

6. 防洪设施设计：考虑到地震可能引发水灾，核电厂需要
设计防洪设施，确保设备和核材料能够安全。

7. 消防和安全设备：核电厂需要设计合适的消防和安全设备，以应对地震发生时可能出现的火灾、泄漏和其他危险。

8. 安全措施和应急预案：核电厂需要制定详细的安全措施
和应急预案，确保在地震发生时能够及时采取行动并保护
人员和环境安全。

以上是一些常见的核电厂抗震设计规范，具体要根据不同国家和地区的法规和标准进行设计。

核电站环行起重机模态测试和抗震分析雷 斌1,2 焦学勇1,21太原重工股份有限公司 太原 030024 2智能采矿装备技术全国重点实验室 太原 030024摘 要：文中对模态分析、模态测试的原理进行了剖析，对模态参数和模态叠加法在结构抗震分析时的应用进行了梳理，并针对小型简支梁结构进行了验证性测试。

结果表明：模态测试和有限元计算得到的模态参数比较匹配，各阶固有频率平均相差4%。

另外，通过对CAP1400核电站环行起重机桥架进行模态测试方法设计以及现场模态测试，得出桥架的前3阶固有频率和阻尼比。

测试结果与有限元仿真比对的结果表明，前3阶固有频率相差不大，仿真模型具有一定的可靠性。

关键词：环行起重机；抗震分析；模态测试；有限元中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）09-0083-06Abstract: In this paper, the principles of modal analysis and modal test were analyzed, the application of modal parameters and modal superposition method in structural seismic analysis was explained, and a small simply supported beam structure was verified. The results show that the modal parameters obtained by modal test and finite element calculation were relatively matched, and the average difference of natural frequencies of each order was 4%. In addition, the modal test method design and field modal test were carried out for the gantry crane of CAP1400 nuclear power plant, and the natural frequencies and damping ratio of the gantry crane in the first three stages were obtained. The comparison between the test results and the finite element simulation results shows that there is little difference between the natural frequencies in the first three stages, and the simulation model has certain reliability.Keywords:polar crane, seismic analysis; modal test; finite element0 引言环行起重机是核电站的关键设备之一，属于与核安全有关的I类抗震设备。

浅谈核电厂抗震计算摘要：核电厂因其特殊性其抗震计算相对于常规民用建筑标准有较大提高。

根据核电厂各构筑物的重要程度，核电厂抗震设计规范将核电厂构筑物划分为三类物项（Ⅰ类物项、Ⅱ类物项、Ⅲ类物项），其中Ⅰ类物项的计算要求更为严苛，且一直是设计的重点，本文通过对建筑抗震规范和核电厂抗震规范进行了简要的梳理对比，旨在说明核电抗震计算的不同之处。

关键词：核电厂抗震；建筑抗震；三类物项1.执行规范（1）一般建筑（抗震设防烈度大于9度地区的建筑及行业有特殊要求的工业建筑外）抗震计算执行标准：《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）（2）核电厂抗震计算执行标准：《核电厂抗震设计规范》GB50267-97。

2.建筑抗震计算介绍［1］2.1基本术语（1）抗震设防烈度一般情况，过去50年内超越概率10%的地震烈度。

（2）设计基本地震加速度50年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值。

（3）设计特征周期指抗震设计用的地震影响系数曲线中，反应地震震级、震中距和场地类型等因素的下降段起始点对应的周期值，简称特征周期。

2.2基本原则《建筑抗震设计规范》的抗震设计可总结为三水准设防目标和两阶段设计。

三水准设防：（1）小震不坏（多遇地震）；50年超越概率63%（即50年至少发生一次的概率63%）等价于年发生概率1/50等价于重现期50年。

（2）中震可修（设防地震），50年超越概率10%（即50年至少发生一次的概率10%）等价于年发生概率1/475等价于重现期475年。

（3）大震不倒（罕遇地震），50年超越概率2%～3%（即50年至少发生一次的概率2%～3%）等价于年发生概率1/1600～2400等价于重现期1600～2400年。

两阶段设计：第一阶段：对绝大多数结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析，假定结构处于弹性工作状态，内力和变形分析可采用线性动静力分析方法；第二阶段：一些规范规定的结构（不规则且具有明显薄弱部位）进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。

核电厂安全级电气设备抗震鉴定
震惊力，也称为结构动振动力，是一种在结构上由地面非剧烈振动而产生的力量。

震惊力对核电厂安全级电气设备抗震鉴定起着至关重要的作用。

它可以确定电气控制系统在震惊力作用下的可靠性和可用性。

因此，核电厂安全级电气设备抗震鉴定是非常重要的。

在核电厂安全级电气设备抗震鉴定的第一步是完成系统动力学建模和分析。

在这一步骤中，建模中用到的参数是根据实际结构的动力特性来确定的，可以通过实验测量或者递归计算来获得。

这种参数应考虑到材料性能，结构尺寸，安装方式和回应谱等因素。

接下来，进行地面震惊力谱计算，根据测定的地震力场，计算出结构面对自然环境和人为刺激下的反应结果。

第三步是建立对应于模型结构的动力数学表达式，以及相关系统的动态分析。

考虑到运动学特性，参数和力学参数等，得出结构在适当激励下的响应行为。

最后，进行电气控制系统可靠性预测，计算系统不同级别的动力学特性，同时考虑关键部件的影响，判断系统能否合理有效地在高震惊力水平下运行。

核电厂安全级电气设备抗震鉴定,是为了确保系统能够在地震或其他自然灾害下正常运行而实施的评估和测试。

这是保障电气系统可靠性和关键部件安全性的一项重要工作，其成功要求从构成该系统的各个方面进行深入系统的研究、完善分析和量化预测。

核电起重机抗震计算方法概述发布时间：2021-06-29T06:49:49.039Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年26期作者：李可1 郭化2[导读] 双梁桥式起重机为核电站常用设备，抗震类别为NA，但需进行抗震分析，即按民用地震烈度七级设防，考虑防倾覆及零部件掉落等因素，本文针对两种计算方法的优缺点进行对比，为类似起重机的抗震计算提供借鉴。

李可1 郭化21中国核电工程有限公司北京 1008402 株洲天桥起重机股份有限公司湖南株洲 412001摘要：双梁桥式起重机为核电站常用设备，抗震类别为NA，但需进行抗震分析，即按民用地震烈度七级设防，考虑防倾覆及零部件掉落等因素，本文针对两种计算方法的优缺点进行对比，为类似起重机的抗震计算提供借鉴。

关键词：核电起重机；抗震分析；抗震计算1.前言：核电站中的部分数控双梁桥式起重机根据其功能要求，需进行比普通起重机进行更为严格的抗震设计，但由于其不属于抗震I类设备，在地震工况下无需具备保持其结构完整性和设备功能。

因此对于该类设备的抗震分析方法是起重机设计的主要问题之一。

2.电动双梁式起重机的结构特点：电动双梁桥式起重机主要由桥架、轨道、小车、运行机构、电控设备及必要的附属安全设备等组成。

桥架为箱形双梁二轨结构，由主梁、端梁、附属钢结构等组成。

主梁为中轨箱形梁，主梁上小车运行轨道由轨道压板固定，轨道压板为焊接式组合轨道压板，底板带腰型孔，安装后具有一定的调整余量。

端梁采用钢板焊接结构，端梁下设置安全反钩，防止在地震情况下起重机坠落。

附属钢结构件由桥架两边走台，能安全上下的梯子等组成。

小车由起升机构、运行机构、小车架、小车底座及附件等组成。

运行机构主要为三合一减速电机，车轮轮组，水平轮组等。

上述设备是在抗震分析时重点考虑的主要零部件。

3.抗震分析方法：3.1 方法一：国家标准法依据GB/T 50761-2018 石油化工钢制设备抗震设计标准。

3.1.1.计算原理与计算输出该方法主要根据设备安装标高确定地震载荷放大系数，根据水平地震影响系数最大值和阻尼调整系数确定水平地震影响系数，再根据相应规则确定设备重要度系数、等效质量和地震作用折减系数，进而将这些变量相乘获得计算地震加速度。