浅析核电管道计算中楼层反应谱的由来及应用

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论核电厂通风管道设计

论核电厂通风管道设计发表时间：2020-01-08T13:42:45.733Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年20期作者：赵军军1 李文帅2[导读] 本文以核电厂管道设计一般原则为基础，结合核电厂通风管道功能性需求，简要分析核电厂通风管道设计的技术和安装要点。

1.中国核电工程有限公司河北分公司河北石家庄 0500002.中国核电工程有限公司北京海淀 100080摘要：核电厂通风系统设计是确保核电厂稳定运行的重要保障系统，也是核电厂生产运行过程中的重要辅助系统，具有保持室内湿度、压力的基础功能，换具备限制室内气溶胶放射性、过滤空气、降低放射性污染物扩散的一般功能。

本文以核电厂管道设计一般原则为基础，结合核电厂通风管道功能性需求，简要分析核电厂通风管道设计的技术和安装要点。

关键词：核电厂；通风管道；设计；引言：通风系统是核电厂运行过程中的重要辅助系统，其是保持河电厂室内湿度、压力在规定范围内的重要控制系统，同时通风系统也是限制核电厂室内气溶胶放射性水平、净化室内空气、降低室内放射性污染物向环境扩散的保障系统，其对核电厂生产运行环境以及工作人员工作安全、工作环境稳定具有重要意义。

为确保通风系统的全覆盖，利用通风管道将核电厂各个工作空间纳入通风管理范畴。

通风管道是核电厂通风控制系统的重要组成机构，外部空气通过通风管道输送至房间，房内进废气通过通风管道输送至外部环境，同时将通风管道与其他设施连接，可对空气进行湿度控制和放射性物质处理等。

综合来说，通风管道是核电厂内部和外部环境进行气体交换的通道，同时也是预防火灾、放射性污染扩散的重要保障，合理设计通风管道是保证核电厂通风功能的关键，也是稳定核电厂生产经营秩序的重要环节。

1通风管道基本设计原则核电厂通风管道设计应当遵循管道设备安装的一般规则。

在设置和安装时应当充分考虑通风管道和其他专业实施、其他管道、缆线之间的空间关系，避免管道、设施、缆线之间交错分布的情况发生，以方便管理。

【国家自然科学基金】_楼层反应谱_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731

2013年科研热词遗传算法软钢阻尼器管道系统相对位移楼层反应谱建筑物多点支撑地震响应位置优化 sap2000api 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
科研热词遗传算法位置优化 sap2000api 黏滞阻尼器钢结构粘滞阻尼器混合结构混凝土框架楼层反应谱地震响应
2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
科研热词推荐指数楼层反应谱 2 土-结构相互作用 2 功率谱密度函数 2 非结构构件 1 非线性动力分析 1 隔震装置 1 附加改进肘型斜撑阻尼器 1 等效阻尼比 1 等延性弹塑性反应谱 1 消能体系 1 正规化累积耗能参数 1 核反应堆厂房 1 损伤指数 1 性能目标 1 基础隔震 1 反应谱分析 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
科研热词楼层反应谱黏弹性人工边界高层混合结构高层建筑集总参数模型隔震建筑动力响应速度脉冲连体结构近断层地震动辐射阻尼筒体厚度等效弹塑性单质点体系破裂向前方向性效应滑冲效应核电厂最大位移分布模式时域分析无限地基方案优化损伤振型分解反应谱法抗震设计方法屈服点谱型钢混凝土场地动刚度土-结构相互作用反应谱正则化反应谱动力分析分层地基优化设计 spo ida
推荐1 1 1 1 1
2012年序号 1 2 3 4 5 6 7 8
科研热词预应力拉索结构性能楼层反应谱数据不确定性巨型钢框架复合支撑地震激励土-结构动力相互作用

基于ANSYSAPDL的核级管道分析评定与自动布置优化

基于ANSYS APDL的核级管道分析评定与自动布置优化发布时间：2021-05-27T05:54:03.186Z 来源：《中国科技人才》2021年第7期作者：侯勝杰[导读] 核岛内的管道布置繁多，且直接关系到核电安全，核级管道的分析评价工作及其重要，值得工程人员深入研究。

核工业工程研究设计有限公司北京 101300摘要：文中采用ANSYS 软件完成核级管道评定：先利用有限元计算能力完成管道各加载的结果输出，再用其二次开发环境编写核级管道规范，给出分析评定结果，最后讨论了以参数化设计语言（Ansys Parametric Design Language，APDL）实现程序化的布管方案优化。

此项工作不仅有助于深入理解核级管道设计规范的全部细节和方法，而且提出了常见核级管道软件改进思路。

对核级管道分析评定和管道评定软件自主化的方向有一定参考作用。

关键词：APDL；核级管道；评定；布管优化引言核岛内的管道布置繁多，且直接关系到核电安全，核级管道的分析评价工作及其重要，值得工程人员深入研究。

目前国内核级管道的分析评价主要采用专业软件完成，常见的有SYSPIPE，PepS，APA等。

SYSPIPE作为从法国引入的压水堆管道分析专用软件，对早期版本RCC-M规范的执行非常专业可信，但其前、后处理能力差，而且早已经不再更新设计规范，后续完全不能适用于我国的核电发展；PepS的前、后处理界面比较友好，近几年版本更新频繁对发现的问题改进，但还不够完善，比如一、二级管道不能同时评价，处理瞬态分析操作繁琐等；APA是法国AREV A公司在workbench平台上开发的设计规范插件，再加上导入几何模型接口，其应用还没有推广，国内只在台山核电由法国设计方引入使用。

上述软件都由国外引入，软件内部详细设置没有全部给出，且不可自主设定，国内应用中不能完全满足各环境的使用需求。

比如，上述软件都没有高温核级管道的评定规范，不能在快堆工程的高温管道评定上完全应用；对设计规范以外的附加方程（比如管道功能性）不能自主的设定。

反应谱及其工程应用培训讲座资料

反应谱的计算方法和公式
反应谱的计算涉及多个步骤，包括地震数据获取、地震反应计算、反应谱曲线绘制等。其中，核心公式是通过将地震动传递函数和结构振型函数相乘得到。
反应谱的工程应用
反应谱在工程中有多种应用，如结构抗震设计、地震动参数选择、地震台站设计等。它提供了更准确的地震动响应预测，并为设计人员提供了重要的参考依据。
反应谱在地震工程中的重要性
反应谱是地震工程中必不可少的工具，可以帮助评估结构的抗震性能、确定合适的设计参数，并指导工程设计和建筑物的安全等级评定。
反应谱的实际应用示例
通过实际案例的展示，我们将演示反应谱在不同类型结构中的应用，包括高层建筑、桥梁、核电站等。这些案例将帮助您更好地理解反应谱在实际法在结构设计中起到至关重要的作用。通过使用反应谱方法，结构设计师可以更好地预测结构的地震响应，选择合适的设计参数，并确保结构的安全性和可靠性。
反应谱方法的优势和局限性
反应谱方法具有很多优势，如能够考虑不同地震波的影响、提供了更准确的结构响应预测等。然而，该方法也存在局限性，比如对于非线性体系的适用性受到限制。
反应谱及其工程应用培训讲座资料
欢迎参加我们的反应谱及其工程应用培训讲座！本讲座将深入讲解反应谱的基本概念、计算方法和工程应用，以及其在地震工程中的重要性。一起探索反应谱在结构设计中的实际应用示例和方法的优势与局限性。
反应谱的基本概念和定义
反应谱是描述结构在地震加载下响应特性的一种方法。它代表了结构对地震激励的动态反应，通过绘制结构的加速度、速度或位移随时间变化的曲线。

核电厂房地基抗震适应性及楼层谱不确定性分析的开题报告

核电厂房地基抗震适应性及楼层谱不确定性分析的开题报告一、选题背景核电厂房建设是为保障能源安全、推动经济发展而进行的重要举措，其建设投资及后续业务收益较大。

但同时，核电厂房是一种高度安全性与环境保护性要求的重大安全工程，在地震、风灾等极端自然灾害条件下亦需要具有强大的抗震性能。

据统计，在过去的20年间，中国境内共发生了大小近15000次地震，其中部分地震烈度达到八度以上，核电厂房在这样的后果下造成的影响不容小视。

从已发生的几起核电事故的结论来看，地震事故和机械事故是造成核事故的两大原因。

地震事故造成的破坏最为严重。

因此，本课题研究核电厂房的地基抗震适应性及楼层谱不确定性分析，将在工程实践中有着广泛的应用和重要意义。

二、问题说明核电厂房的地基抗震适应性进行分析，需要涉及到刚度、非线性损伤力模型等多种概念，并且面对着地基类型、场地情况、设计标准等多重复杂因素。

楼层结构谱的分析主要基于结构的各种参数来进行计算，并且分析结果具有高度的不确定性。

因此，本研究将针对以上两个问题进行深入研究和探讨，具体成果包括：1. 建立核电厂房地基抗震适应性分析的数学模型，综合考虑地基类型、场地情况、设计标准等多重因素，从而评估地基的抗震性能。

2. 建立核电厂房楼层结构谱的不确定性分析模型，通过敏感性分析等手段进行分析和探究。

三、研究内容本研究将重点探讨以下内容：1. 核电厂房地基抗震适应性分析(1) 建立地基抗震适应性分析的基本模型及参数(2) 综合考虑地基类型、场地情况、设计标准等多重因素，评估地基的抗震性能。

(3) 基于有限元分析和试验数据，验证数学模型的准确性。

2. 核电厂房楼层谱不确定性分析(1) 建立楼层谱不确定性分析的基本模型及参数(2) 通过敏感性分析等手段，对楼层谱进行分析和探究。

(3) 基于有限元分析和试验数据，验证数学模型的准确性。

四、研究方法本研究将采用以下方法：1. 建立核电厂房地基抗震适应性分析的数学模型，综合考虑地基类型、场地情况、设计标准等多重因素。

反应谱及其工程应用

Gi Hi FEk Gj
Hj
图1 结构水平地震作用计算简图
上一页下一页
3. α值的确定
α称为地震影响系数，由规范规定的曲线确定
地震影响系数:
动力系数: 地震系数:
Sa

Sa K g
Sa 0 max x
K
0 x
max
g
为我们通常意义上的反应谱地面运动加速度最大值
加速度
图3 地震反应谱的形成过程说明
给定：结构阻尼比：h0 结构自振周期：Tn 地震地面加速度记录：
计算单自由度体系绝对加速度反应时程曲线
0 x
0 x
0 x x
max
2 Tn
由绝对加速度反应的时程曲线确定最大的绝对加速度Sa
0 x x
x ( )
x(t ) 0 ( )e h (t ) [cosd (t ) x
a (t ) d 0 ( )e x
0 t h ( t )
(2-4)
(2-5)
h2 2h cos d (t ) d 1 1 h 2 sin d (t ) 2 1 h
S d x(t ) max T 2

t 0
t 0
0 ( )e x
h
2 ( t ) T
sin
2 (t )d T
（2-9）
max
S v x(t ) max
S a a (t ) max
上一页

0 ( )e x
h
2 ( t ) T
2 cos (t )d T
T 1 Sv Sv 2 2 Sa S v S v T Sd

核电厂管道系统振动分析与应用

核电厂管道系统振动分析与应用【摘要】核电厂中管道的振动问题是普遍存在的，过大的振动会导致管系和设备的疲劳损坏，直接影响核电厂的运行安全。

核电厂中管道的振动又是比较复杂的，除旋转设备本身是个重要振源外，管内流体的流动、管系布置、支吊架设置等都会对振动产生重大影响。

本文着重从产生振动的原因着手，并结合实际案例探讨解决核电站管道振动问题的方法。

【关键词】核电站管道振动1 管道振动的测量管道振动测量方法主要有三种：目视检查、简化测量（位移法和速度法）和精确验证（模态反应法和测量应力法）。

目前国内外核电站对管道振动进行评价的推荐方法和经验，大多数采用速度限值进行评价，即使用速度法计算许用速度峰值（速度限值）。

依据ASME OM-S/G-2000 Part3的规范要求，管系上各点的最大振动速度峰值应小于许用速度峰值。

许用速度峰值的表达式为（式中参数取值可参照标准DL/T1103-2009）：（英制单位in/sec，psi）或（国际单位mm/s，MPa）式中：：补偿管道特征跨上集中质量影响的修正系数；：ASME规范中定义的应力系数，对大多数管道系统；：考虑管道内部介质和保温层质量的修正系数；不同于固定端的端条件和不同于直跨的结构形式的修正系数；：考虑偏离共振的强迫振动的修正系数。

在试验开展前，首先绘制管道的单线立体图，并在图上标出具体的测点位置及管线号；然后根据上述的速度法公式，并结合已绘制的各系统管道单线立体图，同时参考相关的技术要求，分别对各系统管道中振动比较大的点进行振动限值计算。

振动测量的部位主要取在系统泵的进出口管线上。

2 振动原因分析及处理措施管道振动的直接危害是因振动而出现疲劳开裂，从而导致系统不可用；间接危害是引起管道上的阀门或设备上的某些部件松脱和断裂，同样给系统运行带来危害，必须采取措施来减小管道的振动。

核电站管道及其支架和与之相连的各种设备和装置构成了一个复杂的机械结构系统。

使管线产生振动的原因主要有流体激振、共振、受迫振动三种。

核安全级设备的抗震鉴定

我国目前已有五座可用人工时程曲线输入的地震试验台分别是北京水科院台面尺寸5m5m载重20t上海同济大学台面尺寸4m4m载重载重15t南京河海大学台面尺寸28m2m载重6t成都中台62国核动力院台面尺寸6m6m载重20t哈尔滨工程力学所台面尺寸5m5m载重30t和一座成都核动力院的单频振动输入地震试验台和一座成都核动力院的单频振动输入地震试验台1m15m最大加速度75g载重2t专门用于阀门抗震试验
仿真分析在核电工程中的高级应用核安全级设备的抗震鉴定
安世亚太
一、前言
核安全级设备的设备鉴定的目的是证明该设备在其寿期内（如40年），在各种预期的运行和事故工况下，都能可靠的动作和运行，履行其规定的安全功能。设备鉴定包括设备的抗震鉴定和设备的环境鉴定，只有经过设备鉴定合格的设备，才能用于核设施。反之，没有通过设备鉴定并证明合格的设备不能出厂，也不能进行现场安装。因此设备鉴定是常规设备过渡到核安全级设备（简称核级设备）的重要一环。
五、核电厂抗震鉴定的发展和现状
地震工程是一门范畴十分宽广的几个方面相互关联的学科。在国际反应堆结构力学领域内，核电厂地震反应分析占有显著地位。
在60年代核电厂的开创阶段中，抗震问题一开始就受到了应有重视。当时抗震工作基本上沿用了一般的建筑抗震规范，停留在静力分析阶段。在60年代中期开始采用反应谱进行动力分析，但仅限于1级部件，总的抗震费用不到总投资的1%。值得提到的是我国在60年代初期已对反应堆的抗震开展了设计研究工作。
实际上烈度不仅与震级有关，还与震源深度，距离震中的远近以及地震波通过的介质条件（如岩石性质，岩层构造等）等多种因素有关，震中烈度与震级、震源深度关系如下：
八、设计地震动分类
设计地震动分为两类：（1）运行安全地震动，代号SL1，也称OBE（Operating Basis

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浅析核电管道计算中楼层反应谱的由来及应用
发表时间：2019-05-31T09:43:36.823Z 来源：《防护工程》2019年第4期作者：刘学芬
[导读] 利用结构动力响应方程并结合适当的数值分析方法，可求得结构的系统响应，计算出管道应力。

核工业工程研究设计有限公司北京 101300
摘要：在核电站设计时，一般会考虑两个地震工况OBE和SSE，在这两个地震作用下如何保证结构的安全性是力学分析的一个重要任务。

管道一般安装在各个厂房的不同楼层中，地震时，管道随着楼层振动而振动，采用楼层反应谱法可以对管道进行抗震分析。

管道因材料、管径、走向、支架设置等有其自身的动力特性，包括柔性、振动频率、阻尼、振型等，利用结构动力响应方程并结合适当的数值分析方法，可求得结构的系统响应，计算出管道应力。

关键词：地震；地震计算方法；楼层反应谱；系统响应
一、地震的理论概念
地震是一种自然现象。

每年全世界约发生地震五百万次，有感地震约占1%左右，造成灾害的平均每年十几次。

一次地震可以持续15－30秒，地面加速度为0.1－0.6g范围，强震时间为10秒左右，频带范围在0.01－33Hz。

图一是实测并经统计分析得到的地震波记录，反映了时间和加速度的关系。

K称为地震系数。

由上式可以看出，静力法未考虑结构的动力特性，且把结构视为刚度无限大的，这不符合现实，故现基本不采用。

2、反应谱法。

反应谱分析法是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算结构位移和应力的分析技术。

谱分析主要用于时间－历程分析，以便确定结构对随机载荷或随时间变化载荷的动力响应分析情况，如地震、飓风、海洋波浪等。

谱是谱值与频率之间的关系图，它反映了时间－历程载荷的强度和频率。

谱分析主要有3种形式:响应谱、动力设计分析方法及功率谱密度。

反应谱分析理论创立以来历经几十年的时间，为地震工程和抗震设计奠定了理论基础，在工程实践中，尤其对结构抗震计算具有十分重要的意义。

地震反应谱是根据实际地震记录求得的加速度反应谱，它是单自由度弹性体系在地震作用下其最大的反应与自振周期的关系曲线。

按照反应谱理论，作为一个单自由度弹性体系结构的底部剪力或地震作用为：
反应谱法只考虑了振幅和频谱两个要素，解决了大部分问题，但是未考虑地震持续时间对结构的影响。

在管道计算中，地震载荷是土建专业提资的楼层反应谱，考虑的是弹性体系的最大响应，故属于反应谱法。

3、时程分析法
时程分析法是20世纪60年代逐步发展起来的抗震分析方法，主要用于超高层建筑的抗震分析和工程抗震研究等。

至20世纪80年代，已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。

时程分析法是由结构基本运动方程输入地震加速度进行积分，求得整个时间历程内结构地震作用效应的一种结构动力计算方法，也为国际通用的动力分析方法。

时程分析法将实际地震加速度时程记录作为动荷载输入，进行结构的地震响应分析。

全面考虑地震强度、频谱特性、地震持续时间等
强震三要素对结构的影响。

楼层反应谱是土建专业根据设计标准反应谱、加速度时程以及地基土条件分析得到的，考虑了地震的时间因素，因此可知楼层响应谱是由时程分析法得到的。

图二是时程分析法得到楼层反应谱的过程示意。

图二
三、楼层反应谱的由来
管道一般安装在厂房的不同楼层上，楼层反应谱是由于地震激励施加到结构上、得到的安装在楼层上的一组不同自振频率（周期）的单自由度振子对地面（楼面）运动的最大反应的反应曲线。

采用楼层反应谱可对安装在楼层上的管道进行抗震分析或抗震试验。

楼层反应谱方法用于抗震设计包括两个基本步骤：第一步是根据强震记录统计用于设计的标准反应谱；第二步是将结构振动方程进行振型分解，将物理位移用振型广义坐标表示，而广义坐标的最大值由第一步中的设计反应谱求得。

最后，反应谱的最大值可通过适当的分析方法将各振型反应最大值组合起来得到。

下面图三是单自由度体系各个频率下的最大加速度曲线图。

图四
四、楼层反应谱的应用
核电管道抗震分析既可以采用谱分析法也可以采用时程分析法，只是早期的管道分析软件大多只支持反应谱分析法，比如SYSPIPE软件。

随着数值仿真软件的发展，现在国际通用的管道分析软件PIPESTRESS，既支持反应谱分析也支持时程分析。

PIPESTRESS软件不仅支持时程分析，还提供两种时程分析方法供用户选择，也可以通过特有的LINE选项设置，对分析管道的不同部分设置不同的时程分析方法。

在PIPESTRESS软件中，当判断管道有抗震要求后，先通过SPEC卡片给出支架生根楼层的反应谱，再通过在支架卡片（RSTN等）对应定义好的LV等级。

如下所示：I4节点加载了LV=1的楼层反应谱，计算时PIPESTRESS会自动识别并调用SPEC卡片对应的楼层谱。

由于反应谱分析法的保守性及对计算机资源使用的经济性，核电厂管道大多选用谱分析法进行抗震设计。

谱分析,PIPESTRESS软件支持响应谱分析，根据用户需要可施加单点响应谱激励，也可以施加多点响应谱激励。

PIPESTRESS软件通过RCAS卡片和SPEC卡片定义谱分析参数和响应谱参数。

(1)RCAS卡片。

RCAS CA=40 EV=1 EQ=5 SU=E TY=2 FX=1 FY=1 FZ=1 LO=0 TI=/ISSE - SSE INERTIA/其中:CA为载荷号，EV为事件编码，EQ为评定公式输出选项，SU为模态叠加方法选项，TY为分析类型，FX为X向载荷考虑因子，FY为Y向载荷考虑因子，FZ为Z 向载荷考虑因子，LO为LOF计算方法选项，TI为标题。

(2)SPEC卡片。

SPEC FS=SSE EV=1 RA=2 FP=0 ME=4 BT=4 TI=/SSE/其中:FS为名称，RA为谱范围选项，FP为频率和时间选项，ME为差值方法选项，BT为阻尼比。

结语
本文主要研究了管道计算中楼层反应谱的由来及应用，从地震的理论概念、地震的计算方法、楼层反应谱的由来、楼层反应谱的应用等几方面进行了阐述，重点对楼层反应谱的理论知识进行了研究。

PIPESTRESS软件在地震计算时，谱分析法计算的地震响应值最保守，能为核电站管道及物项布置提供数据支持。

比如：
(1)整个管系获取更加合理的地震响应，有利于管系的优化设计；
(2)获取更加合理的支撑件反力和阻尼器反力，有利于支撑件框架结构优化和阻尼器选型；
（3)获取更加合理的阀门加速度，阀门在布置上更容易实现。

参考文献
［1］SYSPIPE User's Manual，Version234D［Z］．
［2］PIPESTRESS User's Manual，Version3．8．0［Z］
［3］RCC－M，压水堆核岛机械设备设计和建造规则［S］．2007．
［4］李兴华，覃曼青，杨帆．基于PIPESTRESS的核一级辅助管道疲劳分析方法研究［J］．压力容器，2015，32(3):29－35．。