乏燃料運(yùn)輸容器結(jié)構(gòu)分析的載荷組合和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（GB-T 41024-2021）

ICS13.300

F73

GB/T41024—2021

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T41024—2021

乏燃料運(yùn)輸容器結(jié)構(gòu)分析的

載荷組合和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

Loadcombinationanddesigncriteriaforstructuralanalysisof

spentfueltransportcask

本電子版為正式標(biāo)準(zhǔn)文本，由生態(tài)環(huán)境部環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所審校排版。

GB/T41024—2021

前言

為貫徹《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國(guó)放射性污染防治法》《中華人民共和國(guó)核安

全法》，防治放射性物質(zhì)污染，保障人體健康，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，規(guī)范乏燃料運(yùn)輸容器的結(jié)構(gòu)分析工作，

制定本標(biāo)準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)是與《放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程》（GB11806—2019）配套的技術(shù)準(zhǔn)則，基于其規(guī)定的結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)要求，規(guī)定了乏燃料運(yùn)輸容器結(jié)構(gòu)分析的載荷組合和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即乏燃料運(yùn)輸容器包容邊界、臨界

安全相關(guān)部件以及其他安全相關(guān)部件在正常運(yùn)輸條件和運(yùn)輸事故條件下結(jié)構(gòu)分析的載荷組合和設(shè)計(jì)準(zhǔn)

則。

本標(biāo)準(zhǔn)為首次發(fā)布。

本標(biāo)準(zhǔn)由生態(tài)環(huán)境部輻射源安全監(jiān)管司、法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)司組織制訂。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位：中國(guó)核電工程有限公司、中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心。

本標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)環(huán)境部2021年11月1日批準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)自2021年12月1日起實(shí)施。

本標(biāo)準(zhǔn)由生態(tài)環(huán)境部解釋。

ii

GB/T41024—2021

乏燃料運(yùn)輸容器結(jié)構(gòu)分析的載荷組合和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了乏燃料運(yùn)輸容器結(jié)構(gòu)分析的載荷組合和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于乏燃料運(yùn)輸容器的結(jié)構(gòu)分析，放射性內(nèi)容物總活度大于3000A1（特殊放射性物品）、

15

大于3000A2或1×10Bq的放射性物品運(yùn)輸容器可參照?qǐng)?zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

本標(biāo)準(zhǔn)引用了下列文件或其中的條款。凡是注明日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

GB11806—2019放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1術(shù)語(yǔ)

3.1.1

應(yīng)力強(qiáng)度stressintensity

組合應(yīng)力基于第三強(qiáng)度理論的當(dāng)量強(qiáng)度，規(guī)定為給定點(diǎn)處最大剪應(yīng)力的2倍，即給定點(diǎn)處代數(shù)最大

主應(yīng)力與代數(shù)最小主應(yīng)力（拉應(yīng)力為正值，壓應(yīng)力為負(fù)值）之差。

3.1.2

一次應(yīng)力primarystress

所施加載荷產(chǎn)生的任何法向應(yīng)力或剪應(yīng)力，它是為了滿足外力或內(nèi)力以及力矩的平衡規(guī)律所必需的。

一次應(yīng)力的基本特性是非自限的，當(dāng)一次應(yīng)力大大超過(guò)屈服強(qiáng)度時(shí)，它會(huì)引起失效或至少會(huì)引起總體變

形。

3.1.3

二次應(yīng)力secondarystress

由于相鄰材料的約束或者由于結(jié)構(gòu)本身的約束而引起的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。二次應(yīng)力的基本特性是

自限的，局部屈服和微小變形能滿足成為引起應(yīng)力的條件，這種應(yīng)力的一次作用不會(huì)產(chǎn)生預(yù)計(jì)的失效。

3.1.4

一次薄膜應(yīng)力primarymembranestress

實(shí)體截面厚度上的平均一次法向應(yīng)力。

3.1.5

一次彎曲應(yīng)力primarybendingstress

沿實(shí)體截面厚度線性分布的一次法向應(yīng)力分量。

1

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3.1.6

交變應(yīng)力強(qiáng)度alternatingstressintensity

''

當(dāng)主應(yīng)力方向在循環(huán)中不變時(shí)，交變應(yīng)力強(qiáng)度Salt是指在所有可能的應(yīng)力狀態(tài)（i和j）下S12、S23

'

和S31中最大絕對(duì)值的二分之一。

'

S12=(σ1i-σ1j)-(σ2i-σ2j)（1）

'

S23=(σ2i-σ2j)-(σ3i-σ3j)（2）

'

S31=(σ3i-σ3j)-(σ3i-σ3j)（3）

式中：

σ1、σ2和σ3是主應(yīng)力，、和是應(yīng)力差。

注：當(dāng)循環(huán)中主應(yīng)力方向發(fā)生變化時(shí)，需要通過(guò)先計(jì)算應(yīng)力分量的差值，再通過(guò)分量差值計(jì)算主應(yīng)力及應(yīng)力強(qiáng)度。

3.1.7

疲勞fatigue

在循環(huán)加載條件下發(fā)生在結(jié)構(gòu)某點(diǎn)處局部的、永久性的損傷遞增過(guò)程，經(jīng)足夠的應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)后，

損傷累積可使材料產(chǎn)生裂紋，或使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展至完全斷裂。

3.1.8

安定性shakedown

沒(méi)有持續(xù)循環(huán)的塑性變形。當(dāng)幾次載荷循環(huán)后變形趨于穩(wěn)定且隨后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)是彈性的，結(jié)構(gòu)就會(huì)

安定下來(lái)。

3.1.9

包容邊界containmentboundary

在運(yùn)輸過(guò)程中，用于包容放射性物品的包裝部件的組合體，是防止放射性物品漏失或彌散的物理屏

障。

注：乏燃料運(yùn)輸容器的包容邊界金屬部分一般包括：內(nèi)筒體、一次密封蓋、貫穿件密封蓋和連接螺栓等。

3.1.10

臨界安全相關(guān)部件criticalitysafetycomponents

在運(yùn)輸過(guò)程中，除包容邊界以外的對(duì)容器臨界安全可產(chǎn)生影響的部件。

3.1.11

其他安全相關(guān)部件othersafetycomponents

除包容邊界和臨界安全相關(guān)部件以外，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸容器其他安全相關(guān)功能的所有結(jié)構(gòu)部件。

注：二次密封結(jié)構(gòu)及其螺栓、提升裝置（提升耳軸）等。

3.1.12

包裝packaging

一個(gè)或多個(gè)容器以及容器中起到包容和其他安全功能所需的任何其他部件或材料。

3.1.13

貨包package

提交運(yùn)輸?shù)陌b與其放射性內(nèi)容物的統(tǒng)稱。

3.2符號(hào)

Salt——交變應(yīng)力強(qiáng)度，MPa；

2

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Sa——交變應(yīng)力強(qiáng)度分量的許用幅值，MPa；

Sm——設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度，取1/3Su和2/3Sy中的較小者，MPa；

Sn——一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度，MPa；

Sy——對(duì)應(yīng)溫度下材料的屈服強(qiáng)度，MPa；

Su——對(duì)應(yīng)溫度下材料的抗拉強(qiáng)度，MPa；

A1、A2——放射性核素限值（依據(jù)GB11806—2019中的規(guī)定）。

4載荷組合

4.1基本規(guī)定

本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB11806—2019要求的不同條件下結(jié)構(gòu)分析所需要考慮的載荷，按照最不利情況疊加，

給出了容器在初始條件、正常運(yùn)輸條件和運(yùn)輸事故條件下的載荷組合方式，詳見(jiàn)表1。

4.2初始條件

4.2.1一般要求

初始條件下的載荷應(yīng)作為正常運(yùn)輸條件和運(yùn)輸事故條件的基礎(chǔ)，將其分別與正常運(yùn)輸條件和運(yùn)輸事

故條件下的載荷進(jìn)行組合，用以對(duì)容器進(jìn)行結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)。

4.2.2初始溫度

容器初始溫度分布應(yīng)為穩(wěn)定狀態(tài)。正常運(yùn)輸條件和運(yùn)輸事故條件的初始溫度，應(yīng)考慮環(huán)境溫度-40℃

無(wú)太陽(yáng)曝曬和環(huán)境溫度+38℃有太陽(yáng)曝曬兩種情況。太陽(yáng)曝曬應(yīng)符合GB11806—2019的要求。如果最

低溫度低于-40℃或最高溫度高于+38℃應(yīng)另行考慮。運(yùn)輸事故條件中的耐熱試驗(yàn)工況無(wú)需考慮低溫初

始條件。

4.2.3衰變熱

初始條件還應(yīng)考慮乏燃料組件的衰變熱。最大衰變熱通常應(yīng)在環(huán)境溫度較高的情況下疊加，并應(yīng)考

慮GB11806—2019中的太陽(yáng)曝曬要求，低溫情況下通?？刹豢紤]衰變熱。

4.2.4內(nèi)壓

4.2.4.1容器內(nèi)壓主要取決于以下幾個(gè)因素：容器內(nèi)回充惰性氣體的壓力，容器溫度變化以及乏燃料

包殼內(nèi)所有氣體的泄漏。容器內(nèi)壓應(yīng)與其他初始條件合理組合。最小內(nèi)壓應(yīng)為大氣壓力，對(duì)于小于大氣

壓力的設(shè)計(jì)，內(nèi)壓取值應(yīng)為負(fù)值。

4.2.4.2應(yīng)考慮乏燃料組件內(nèi)所有氣體釋放的情況用以確定容器最大內(nèi)壓。

4.2.5裝配應(yīng)力

評(píng)價(jià)容器時(shí)，應(yīng)考慮容器裝配和安裝過(guò)程（包括連接、成形、裝配和校形等）中產(chǎn)生的應(yīng)力。若未

采取后續(xù)措施消除這些應(yīng)力，則應(yīng)在確定容器最大應(yīng)力時(shí)考慮這些應(yīng)力。裝配前應(yīng)認(rèn)為無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。

注1：裝配是指容器主要部件的組裝：包括內(nèi)筒體、γ屏蔽層、外筒體等，但不包括單個(gè)部件的制造。

注2：裝配應(yīng)力應(yīng)包括由過(guò)盈配合引起的應(yīng)力和鉛凝固過(guò)程造成邊界收縮導(dǎo)致的應(yīng)力，但不包括由板材成形、焊接

等引起的殘余應(yīng)力。

4.2.6其他

3

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本標(biāo)準(zhǔn)給出了對(duì)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響的初始條件的最大值和最小值。如果上述條件在結(jié)構(gòu)分析中并不

是最嚴(yán)苛情況，則還應(yīng)合理考慮除上述最大值和最小值之外的其他初始條件。

表1正常運(yùn)輸和運(yùn)輸事故條件下載荷組合匯總表

初始條件

環(huán)境溫度日照衰變熱內(nèi)壓b裝配應(yīng)力c

-40℃+38℃最大值a0最大值0最大值最小值

正常運(yùn)輸條件（單獨(dú)分析）

受熱（+38℃）√√√√

受冷（-40℃）√√√√

外壓增加

√√√√√

（絕壓140kPa）

外壓減小

√√√√√

（絕壓60kPa）

√√√√

振動(dòng)和沖擊d√

√√√√

√√√√

自由下落試驗(yàn)√

√√√√

√√√√

堆積√

√√√√

√√√√

貫穿（1m落棒）√

√√√√

運(yùn)輸事故條件（依次施加）

√√√√

自由下落試驗(yàn)Ⅰ√

√√√√

√√√√

自由下落試驗(yàn)Ⅱ√

√√√√

耐熱試驗(yàn)e√√√√√

運(yùn)輸事故條件

（依次施加，對(duì)于貨包重量不超過(guò)500kg，依據(jù)外部尺寸計(jì)算的總體密度不大于1000kg/m3，

放射性內(nèi)容物的活度大于1000A2，且不是特殊形式放射性物品）

√√√√√

自由下落試驗(yàn)Ⅱ

√√√√

√√√√√

自由下落試驗(yàn)Ⅲ

√√√√

耐熱試驗(yàn)e√√√√√

運(yùn)輸事故條件（單獨(dú)分析）

√√√

水浸沒(méi)

√√

強(qiáng)化水浸沒(méi)（如需）√√√

f√√

a參見(jiàn)本標(biāo)準(zhǔn)4.2.3節(jié)。

b參見(jiàn)本標(biāo)準(zhǔn)4.2.4節(jié)。

c參見(jiàn)本標(biāo)準(zhǔn)4.2.5節(jié)。

d參見(jiàn)本標(biāo)準(zhǔn)4.3.6節(jié)。

e評(píng)價(jià)應(yīng)在試樣暴露在熱環(huán)境30min以及火焰熄滅后的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行。

f5

針對(duì)裝有放射性活度大于10A2的放射性內(nèi)容物的貨包。

4.3正常運(yùn)輸條件下的載荷

4.3.1一般要求

正常運(yùn)輸條件下的載荷應(yīng)依據(jù)4.2節(jié)中規(guī)定的初始條件按照表1進(jìn)行組合。在對(duì)乏燃料運(yùn)輸容器進(jìn)

4

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行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，以下載荷應(yīng)單獨(dú)考慮，不需相互疊加。

4.3.2受熱

應(yīng)考慮容器在環(huán)境溫度為+38℃的靜止空氣和GB11806—2019中規(guī)定的太陽(yáng)曝曬的條件。如運(yùn)輸

容器具有機(jī)械輔助冷卻系統(tǒng)，在受熱條件下結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)認(rèn)為該系統(tǒng)失效。

4.3.3受冷

應(yīng)考慮容器在環(huán)境溫度為-40℃的靜止空氣中且無(wú)太陽(yáng)曝曬的條件。同時(shí)應(yīng)考慮容器無(wú)內(nèi)部熱載荷

和最小內(nèi)壓的情況，也應(yīng)考慮冷卻劑結(jié)冰的可能性及其影響。

4.3.4外壓增加

應(yīng)評(píng)價(jià)在外壓增加至140kPa時(shí)對(duì)容器結(jié)構(gòu)的影響。

4.3.5外壓減小

應(yīng)評(píng)價(jià)在外壓降低至60kPa時(shí)對(duì)容器結(jié)構(gòu)的影響。

4.3.6振動(dòng)和疲勞

4.3.6.1容器在正常運(yùn)輸條件下的結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)應(yīng)考慮振動(dòng)和沖擊載荷。包括對(duì)容器—車輛系統(tǒng)的小激勵(lì)

產(chǎn)生的振動(dòng)載荷；在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中連接處和道岔處，以及在公路運(yùn)輸中減速帶、坑洼處產(chǎn)生的間歇性

沖擊載荷。重復(fù)的增壓載荷以及任何對(duì)容器機(jī)械疲勞產(chǎn)生影響的其他載荷都應(yīng)納入分析范疇。

4.3.6.2對(duì)容器在正常運(yùn)輸條件下的不同載荷組合，可分別進(jìn)行疲勞分析，評(píng)價(jià)應(yīng)基于最不利的初始

條件，并與正常沖擊和振動(dòng)環(huán)境下壽期的可靠頻譜相一致。表1列出了最不利的情況。

4.3.6.3應(yīng)考慮其他可能導(dǎo)致熱疲勞產(chǎn)生的因素。這些因素應(yīng)包含在乏燃料裝載和卸載過(guò)程中遇到的

熱瞬態(tài)，以及栓系系統(tǒng)與容器熱膨脹的相互作用。

4.3.7堆積

4.3.7.1除非包裝的形狀能有效地防止堆積，否則應(yīng)在24h內(nèi)一直承受下述兩種試驗(yàn)中壓力荷載較大

者：

a）相當(dāng)于貨包最大重量5倍；

b）相當(dāng)于13kPa與貨包豎直投影面積的乘積。

4.3.7.2應(yīng)將荷載均勻地加在貨包的兩個(gè)相對(duì)面上，其中一個(gè)面應(yīng)是貨包通常擱置的底部。

4.3.8貫穿

4.3.8.1應(yīng)把貨包置于在試驗(yàn)中不會(huì)顯著移動(dòng)的剛性平坦的水平面上。

4.3.8.2應(yīng)使一根直徑為3.2cm、一端呈半球形、質(zhì)量為6kg的棒自由下落并沿豎直方向正好落在貨

包最薄弱部分的中心部位。這樣，若貫穿深度足夠深，則包容系統(tǒng)受到?jīng)_擊。該棒不得因進(jìn)行試驗(yàn)而顯

著變形。

4.3.8.3所測(cè)棒的下端至貨包的上表面預(yù)計(jì)的沖擊點(diǎn)的下落高度應(yīng)是1m。

4.3.9自由下落

4.3.9.1自由下落用靶規(guī)定為平坦的水平平面靶。該靶在受到容器沖擊后，其抗位移能力或抗形變能

力的增加不會(huì)使試樣的受損有明顯的增加。

4.3.9.2乏燃料運(yùn)輸容器應(yīng)對(duì)按表2中所列高度跌落在靶上的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，容器的撞擊面應(yīng)為預(yù)期

5

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對(duì)容器造成最大破壞的位置，試驗(yàn)用靶應(yīng)滿足4.3.9.1規(guī)定的要求。同時(shí)應(yīng)考慮容器內(nèi)容物重量最大和

最小時(shí)對(duì)沖擊的影響。

表2正常運(yùn)輸條件下貨包自由下落高度

貨包質(zhì)量/kg自由下落高度/m

貨包質(zhì)量<50001.2

5000≤貨包質(zhì)量<100000.9

10000≤貨包質(zhì)量<150000.6

貨包質(zhì)量≥150000.3

4.4運(yùn)輸事故條件下的載荷

4.4.1一般要求

運(yùn)輸事故條件下的載荷應(yīng)依據(jù)4.2節(jié)中規(guī)定的初始條件按照表1進(jìn)行組合。在對(duì)乏燃料運(yùn)輸容器進(jìn)

行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，應(yīng)對(duì)同一個(gè)容器按照4.4.2至4.4.5的運(yùn)輸事故條件規(guī)定順序依次施加自由下落試驗(yàn)I、

自由下落試驗(yàn)Ⅱ、耐熱試驗(yàn)；或依次施加自由下落試驗(yàn)Ⅱ、自由下落試驗(yàn)Ⅲ、耐熱試驗(yàn)。試樣經(jīng)受各種

自由下落試驗(yàn)的次序應(yīng)遵循這樣的原則，即在完成力學(xué)試驗(yàn)后，試樣所遭受的損壞將導(dǎo)致試樣在隨后的

耐熱試驗(yàn)中會(huì)受到最嚴(yán)重的損壞。

4.4.2自由下落試驗(yàn)Ⅰ

4.4.2.1容器應(yīng)自由下落在靶上，以使容器受到最嚴(yán)重的破壞，而從容器的最低點(diǎn)至靶的上表面高度

應(yīng)是9m。試驗(yàn)用靶應(yīng)滿足4.3.9.1規(guī)定的要求。應(yīng)考慮內(nèi)容物重量最大和重量最小的情況。

4.4.2.2為了確定容器在自由下落試驗(yàn)Ⅰ后發(fā)生最大變形的部位，應(yīng)考慮不同跌落姿態(tài)下，容器頂端、

頂角、側(cè)向、底端、底角以及過(guò)重心沖擊點(diǎn)的變形。如果容器的設(shè)計(jì)導(dǎo)致某一傾斜角方向下落對(duì)容器具

有更大的破壞性，也應(yīng)對(duì)這些角度跌落的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.4.3自由下落試驗(yàn)Ⅱ

容器應(yīng)自由下落在牢固地直立在靶上的一根棒上，以使容器受到最嚴(yán)重的損壞。從容器的預(yù)計(jì)沖擊

點(diǎn)至棒的端面高度應(yīng)是1m。該棒應(yīng)由直徑為（15±0.5）cm、長(zhǎng)度為20cm的圓形實(shí)心低碳鋼制成，

如有更長(zhǎng)的棒會(huì)造成嚴(yán)重的損壞，應(yīng)采用一根足夠長(zhǎng)的棒。棒的頂端應(yīng)是平坦而又水平的，其邊緣成圓

角，圓角半徑不大于6mm。試驗(yàn)用靶應(yīng)滿足4.3.9.1規(guī)定的要求。應(yīng)考慮內(nèi)容物最大重量和最小重量對(duì)

該工況的影響。

4.4.4自由下落試驗(yàn)Ⅲ

容器應(yīng)經(jīng)受動(dòng)態(tài)壓碎試驗(yàn)，即把容器置于靶上，讓500kg重的物體從9m高處自由下落至容器上，

使容器受到最嚴(yán)重的損壞。該重物應(yīng)是一塊1m×1m的實(shí)心低碳鋼板，并應(yīng)以水平狀態(tài)下落。鋼板的

底面邊緣和角呈圓弧狀，圓角半徑不大于6mm。下落高度是從該板底面至容器最高點(diǎn)的距離。試驗(yàn)用

靶應(yīng)滿足4.3.9.1規(guī)定的要求。

4.4.5耐熱試驗(yàn)

容器在經(jīng)受放射性內(nèi)容物在貨包內(nèi)所產(chǎn)生的最大設(shè)計(jì)的內(nèi)釋熱率和在GB11806—2019中表4中所

規(guī)定的太陽(yáng)曝曬條件下，在環(huán)境溫度為+38℃時(shí)仍處于熱平衡狀態(tài)。此外，允許這些參數(shù)在試驗(yàn)前和

試驗(yàn)期間具有不同的值，但在隨后評(píng)定貨包響應(yīng)曲線時(shí)予以考慮。

6

GB/T41024—2021

耐熱試驗(yàn)包括：

a）使容器暴露在熱環(huán)境中30min，該熱環(huán)境提供的熱流密度至少相當(dāng)于在完全靜止的環(huán)境條件下

烴類燃料/空氣火焰的熱流密度，以給出最小平均火焰發(fā)射系數(shù)為0.9，平均溫度至少為800℃，

試樣完全被火焰所吞沒(méi)，使表面吸收系數(shù)為0.8或采用貨包暴露在所規(guī)定的火焰中其實(shí)際具有

的吸收系數(shù)值。

b）使容器經(jīng)受放射性內(nèi)容物在貨包內(nèi)所產(chǎn)生的最大設(shè)計(jì)內(nèi)釋熱率和在GB11806—2019表4中所

規(guī)定的太陽(yáng)曝曬條件下，暴露在+38℃環(huán)境溫度中足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以保證試樣各部位的溫度

降至或接近初始穩(wěn)定狀態(tài)。此外，允許這些參數(shù)在加熱停止后具有不同的值，但在隨后評(píng)定貨

包響應(yīng)曲線時(shí)予以考慮。在試驗(yàn)期間和試驗(yàn)后，不得人為地冷卻試樣，并且應(yīng)允許試樣的材料

自然燃燒。

4.4.6水浸沒(méi)

應(yīng)使容器在水深至少15m并會(huì)導(dǎo)致最嚴(yán)重?fù)p壞的狀態(tài)下浸沒(méi)不少于8h。采用分析計(jì)算的方式進(jìn)行

評(píng)價(jià)，則應(yīng)使容器承受至少150kPa的外部表壓。

4.4.7強(qiáng)化水浸沒(méi)

5

含有超過(guò)10A2的乏燃料運(yùn)輸容器貨包的強(qiáng)化水浸沒(méi)試驗(yàn)，應(yīng)使貨包在水深至少200m處浸沒(méi)不少

于1h。采用分析計(jì)算的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，則應(yīng)使容器承受至少2MPa的外部表壓。

5設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

5.1基本規(guī)定

5.1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則基于線彈性分析，其基本假設(shè)可以應(yīng)用疊加原理來(lái)確定載荷組合對(duì)容器結(jié)構(gòu)的影

響，但部分其他安全相關(guān)部件可根據(jù)實(shí)際情況采用適當(dāng)?shù)姆蔷€性方法。

5.1.2包容邊界、臨界安全相關(guān)部件及其他安全相關(guān)部件應(yīng)采用滿足標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件的材料，并使用

其對(duì)應(yīng)規(guī)定的材料性能、設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度、設(shè)計(jì)疲勞曲線等。進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，材料性能值應(yīng)根據(jù)相應(yīng)溫

度選取。

5.1.3容器在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，除滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的結(jié)構(gòu)安全評(píng)定準(zhǔn)則外，還應(yīng)同時(shí)滿足臨界、屏蔽、包

容等各項(xiàng)安全功能要求。

5.1.4主體材料為碳鋼和低合金鋼的乏燃料運(yùn)輸容器，應(yīng)同時(shí)考慮其低溫?cái)嗔秧g性等附加要求。

5.1.5本節(jié)不適用于主體材料為球墨鑄鐵的乏燃料運(yùn)輸容器。

5.2包容邊界結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

5.2.1包容邊界結(jié)構(gòu)在正常運(yùn)輸條件下的應(yīng)力強(qiáng)度限值

5.2.1.1總體一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度值應(yīng)不大于設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm，一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)不大于

1.5Sm。

5.2.1.2疲勞分析應(yīng)按如下規(guī)定進(jìn)行：

a）Salt應(yīng)考慮正常操作循環(huán)時(shí)分布在每個(gè)點(diǎn)上總應(yīng)力狀態(tài)，以確定最大范圍。

b）循環(huán)載荷不超過(guò)106循環(huán)時(shí)，可使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的設(shè)計(jì)疲勞曲線。當(dāng)載荷超過(guò)106循環(huán)時(shí)，應(yīng)

從適用的設(shè)計(jì)疲勞曲線上取由該曲線所限定的最大循環(huán)次數(shù)所得的Sa值。

7

GB/T41024—2021

c）Salt應(yīng)乘以設(shè)計(jì)疲勞曲線上給出的彈性模量與分析中使用的彈性模量之比，從而得到與設(shè)計(jì)疲

勞曲線一起使用的應(yīng)力值。當(dāng)只考慮一種工作循環(huán)時(shí)，可從適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)疲勞曲線中選取相應(yīng)

的數(shù)值作為允許壽命，如果存在由兩種或兩種以上的應(yīng)力循環(huán)產(chǎn)生的明顯的應(yīng)力，應(yīng)考慮累

積效應(yīng)。

d）當(dāng)結(jié)構(gòu)不連續(xù)時(shí)，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)膽?yīng)力集中系數(shù)。當(dāng)該系數(shù)是未知時(shí)，通常取值為4。

5.2.1.3一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度Sn應(yīng)不大于3Sm，其計(jì)算與2Salt的計(jì)算一致，但在疲勞計(jì)算中考慮的局

部集中應(yīng)力不包括在該應(yīng)力范圍中。

5.2.1.4當(dāng)滿足以下情況時(shí)，一次應(yīng)力加二次應(yīng)力可能出現(xiàn)大于3Sm限值的情況（這些情況通常只在

熱彎曲應(yīng)力占總應(yīng)力很大比例時(shí)才會(huì)發(fā)生）：

a）正常運(yùn)輸條件下的應(yīng)力范圍產(chǎn)生的應(yīng)力強(qiáng)度Sn，不包括由應(yīng)力集中和熱彎曲引起的應(yīng)力，應(yīng)

不大于3Sm；

b）用于設(shè)計(jì)疲勞曲線的Sa值乘以系數(shù)Ke。

通常：

K=1.0,S≤3S（4）

enm

(1-n)S

K=1.0+(n-1),3S＜S＜3mS

emnm（5）

n(m-1)3Sm

1

K=,S≥3mS

ennm（6）

Salt和Sa分別為交變應(yīng)力強(qiáng)度和交變應(yīng)力強(qiáng)度分量的許用幅值；不同材料類別的材料性能參數(shù)值m

和n值詳見(jiàn)表3。

a）溫度不超過(guò)表3中列舉的各類材料的溫度；

b）材料規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度與規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度的比值小于0.8。

5.2.1.5承受純剪切的截面上的剪切應(yīng)力強(qiáng)度值應(yīng)不大于0.6Sm；承受支承載荷時(shí)，支承面上的應(yīng)力強(qiáng)

度值應(yīng)不大于Sy。

5.2.1.6針對(duì)螺栓，一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度值應(yīng)不大于2/3Sy，一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)不大于Sy。

表3不同材料類別的材料性能參數(shù)值m和n

mn最高溫度/℃

低合金鋼2.00.2371

馬氏體不銹鋼2.00.2371

碳鋼3.00.2371

奧氏體不銹鋼1.70.3427

鎳-鉻-鐵合金1.70.3427

5.2.2包容邊界結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸事故條件下的應(yīng)力強(qiáng)度限值

8

GB/T41024—2021

5.2.2.1總體一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度值應(yīng)不大于2.4Sm和0.7Su中的較小值；一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度

應(yīng)不大于3.6Sm和Su中的較小值；承受純剪切的截面平均一次剪應(yīng)力應(yīng)不大于0.42Su。

5.2.2.2允許對(duì)包容邊界部分結(jié)構(gòu)采用塑性分析的方法，可按照最大應(yīng)變不超過(guò)5%進(jìn)行結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)，此

時(shí)應(yīng)評(píng)定塑性變形對(duì)密封的影響。

5.2.2.3針對(duì)螺栓，一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)不大于Sy和0.7Su中的較小值；一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度

應(yīng)不大于Su。

5.2.3包容邊界結(jié)構(gòu)其他設(shè)計(jì)要求

5.2.3.1無(wú)論正常運(yùn)輸條件或運(yùn)輸事故條件下，包容邊界結(jié)構(gòu)都不應(yīng)發(fā)生屈曲。在設(shè)計(jì)外形尺寸和載

荷時(shí)，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)南禂?shù)計(jì)算偏心率?？刹捎们治鲆源_保材料不會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定性變形，容器也需滿

足本規(guī)范中的線彈性分析要求。

5.2.3.2初始狀態(tài)、制造狀態(tài)、正常運(yùn)輸條件、運(yùn)輸事故條件的極限總應(yīng)力應(yīng)小于2倍的由適當(dāng)?shù)钠?/p>

勞設(shè)計(jì)曲線給出的10次循環(huán)后的Sa的調(diào)整值（調(diào)整用于計(jì)算模型在最高溫下的彈性）。應(yīng)采用適當(dāng)?shù)?/p>

應(yīng)力集中系數(shù)用于結(jié)構(gòu)不連續(xù)性計(jì)算，當(dāng)該應(yīng)力集中系數(shù)未知時(shí)，通常取值為4。

5.3臨界安全相關(guān)部件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

5.3.1臨界安全相關(guān)部件在正常運(yùn)輸條件下的應(yīng)力強(qiáng)度限值

5.3.1.1針對(duì)吊籃，總體一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度值應(yīng)不大于設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm，一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)

度應(yīng)不大于1.5Sm。

5.3.1.2針對(duì)吊籃，純剪切應(yīng)力應(yīng)不大于0.6Sm；支承應(yīng)力應(yīng)不大于Sy。

5.3.2臨界安全相關(guān)部件在運(yùn)輸事故條件下的應(yīng)力強(qiáng)度限值

5.3.2.1總體一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)不大于2.4Sm和0.7Su中的較小值，同時(shí)不超過(guò)0.7Su；一次薄膜加

一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)不大于3.6Sm和Su中的較小值，同時(shí)不超過(guò)Su。

5.3.2.2承受純剪切的截面剪切應(yīng)力應(yīng)不大于0.42Su。

5.3.2.3允許對(duì)臨界安全相關(guān)部件部分結(jié)構(gòu)采用塑性分析的方法，可按照最大應(yīng)變不超過(guò)5%進(jìn)行結(jié)

構(gòu)評(píng)價(jià)。

5.4其他安全相關(guān)部件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

5.4.1其他安全相關(guān)部件在正常運(yùn)輸條件下的應(yīng)力強(qiáng)度限值

5.4.1.1總體一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度值應(yīng)不大于設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm，一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)不大于

1.5Sm。

5.4.1.2一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度值應(yīng)不大于2Sy和Su中的較小值。

5.4.1.3由載荷引起的純剪切應(yīng)力應(yīng)不大于0.6Sm；由載荷引起的支承應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)不大于Sy。

5.4.1.4針對(duì)螺栓，對(duì)于承壓邊界螺栓，一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度值以及一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度值的

要求參見(jiàn)5.2.1.6；對(duì)于非承壓邊界螺栓，設(shè)計(jì)者應(yīng)按連接螺栓的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，根據(jù)螺栓的受力情況進(jìn)行

設(shè)計(jì)。

5.4.1.5螺栓的疲勞分析應(yīng)根據(jù)適當(dāng)?shù)钠诜治龇椒ú⒖紤]相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度減弱系數(shù)對(duì)循環(huán)使用的

螺栓進(jìn)行疲勞分析，其累計(jì)使用系數(shù)應(yīng)不超過(guò)1。

5.4.2其他安全相關(guān)部件在運(yùn)輸事故條件下的應(yīng)力強(qiáng)度限值

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GB/T41024—2021

5.4.2.1總體一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)不大于2.4Sm和0.7Su中的較小值；一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力應(yīng)不大

于3.6Sm和Su中的較小值。

5.4.2.2針對(duì)螺栓，一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度及一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度要求參見(jiàn)本標(biāo)準(zhǔn)5.2.1.6。

5.4.2.3對(duì)于大于4500kg的容器中提升裝置（如耳軸），應(yīng)在承受6倍最大吊裝載荷時(shí)不屈服（一次

薄膜加一次彎曲應(yīng)力之和不大于Sy），承受10倍最大吊裝載荷時(shí)不斷裂（一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力之

和不大于Su）。對(duì)于4500kg以下的乏燃料運(yùn)輸容器，可參照?qǐng)?zhí)行本標(biāo)準(zhǔn)或參照其他標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

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GB/T41024—2021

目次

前言.................................................................................................................................................................ii

1適用范圍........................................................................................................................................................1

2規(guī)范性引用文件.............................................................................................................................................1

3術(shù)語(yǔ)和定義....................................................................................................................................................1

4載荷組合........................................................................................................................................................3

5設(shè)計(jì)準(zhǔn)則........................................................................................................................................................7

i

表4對(duì)大氣環(huán)境影響的界定

描述

影響

環(huán)節(jié)影響范圍影響程度

捕集廠界安全距離范圍內(nèi)大氣污染排放達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求，特征污染物滿足行業(yè)和地方相關(guān)環(huán)境管理要求。

輕微運(yùn)輸安全距離范圍內(nèi)二氧化碳濃度變化超過(guò)背景值，對(duì)主要環(huán)境敏感受體基本無(wú)影響。

地質(zhì)利用與封存場(chǎng)地范圍內(nèi)

捕集廠界安全距離范圍內(nèi)大氣污染排放達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求，特征污染物滿足行業(yè)和地方相關(guān)環(huán)境管理要求。

輕度運(yùn)輸安全距離范圍內(nèi)