《核燃料后處理廠管道力學(xué)計(jì)算要求》（征求意見(jiàn)稿）

1T/CNIDAXXXX—XXXX核燃料后處理廠管道力學(xué)計(jì)算通用要求本文件規(guī)定了核燃料后處理廠抗震I類管道在力學(xué)分析上所應(yīng)采用的方法，提供了抗震I類管道力學(xué)分析結(jié)果的校核準(zhǔn)則，從而可保證乏燃料后處理廠抗震I類管道及其附件的完整性、功能性和可運(yùn)行性的設(shè)計(jì)要求。本文件適用于EJ/T939《核燃料后處理廠建（構(gòu)）筑物、系統(tǒng)和部件的分級(jí)準(zhǔn)則》中規(guī)定的后處理廠抗震I類管道的力學(xué)計(jì)算。非抗震I類管道的力學(xué)計(jì)算不應(yīng)低于國(guó)家現(xiàn)行非核安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB50267-2019核電廠抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)EJ/T939-2014核燃料后處理廠建（構(gòu)）筑物、系統(tǒng)和部件的分級(jí)準(zhǔn)則3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1腐蝕裕量corrosionallowances當(dāng)預(yù)計(jì)會(huì)有腐蝕或侵蝕時(shí)，應(yīng)在原有設(shè)計(jì)要求的壁厚基礎(chǔ)上加上裕量。此裕量應(yīng)按規(guī)定的管道設(shè)計(jì)壽命確定。3.2極限安全地震動(dòng)ultimatesafetygroundmotion（SL-2）核電廠設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震動(dòng)的較高水準(zhǔn)，是對(duì)應(yīng)極限安全要求的地震動(dòng)，通常為預(yù)估的核電廠所在地區(qū)可能遭遇的最大潛在地震動(dòng)，對(duì)應(yīng)的年超越概率為10-4。3.3運(yùn)行安全地震動(dòng)operationalsafetygroundmotion（SL-1）2T/CNIDAXXXX—XXXX核電廠設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震動(dòng)的較低水準(zhǔn)，主要用于對(duì)核電廠運(yùn)行安全控制、設(shè)計(jì)中的荷載組合與應(yīng)力分析等，該地震動(dòng)具有與極限安全地震動(dòng)不同的用途。4抗震分析方法4.1一般要求管道抗震分析應(yīng)采用等效靜力法或反應(yīng)譜法進(jìn)行分析?？拐鸱治鲋?，應(yīng)考慮兩個(gè)水平方向和一個(gè)豎直方向的地震輸入。4.2等效靜力法等效靜力法可適用于簡(jiǎn)化計(jì)算，應(yīng)同時(shí)滿足以下要求：1有充分依據(jù)表明實(shí)際結(jié)構(gòu)可用簡(jiǎn)單的模型模擬，且可導(dǎo)致保守的計(jì)算結(jié)果；2可采用1.5倍包絡(luò)反應(yīng)譜的最大譜加速度作為輸入，若采用小于1.5的系數(shù)，需進(jìn)行充分論證。4.3譜分析法可根據(jù)管道模型的特點(diǎn)，選用單層譜或多層譜分析法。a)選用單層譜法時(shí)，施加于支承上的單層譜應(yīng)該是各個(gè)支承的包絡(luò)譜。兩個(gè)樓層之間的譜可采用線性插值得到。b)選用多層譜法時(shí)，應(yīng)按照支承安裝的樓層標(biāo)高將支承分為幾組，然后將與標(biāo)高相關(guān)的樓層譜施加到相應(yīng)的支承上。4.4阻尼比管道抗震分析中采用的阻尼比應(yīng)根據(jù)以下要求確定。a)考慮運(yùn)行安全地震動(dòng)時(shí)，阻尼比應(yīng)取3%，考慮極限安全地震動(dòng)時(shí)，阻尼比應(yīng)取4%。b)當(dāng)采用多支承點(diǎn)的包絡(luò)譜對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行地震作用效應(yīng)的計(jì)算時(shí)，可根據(jù)管道的固有頻率按下述規(guī)定確定阻尼比：1）當(dāng)固有頻率小于或等于10Hz時(shí)，阻尼比可取5%；2）當(dāng)固有頻率大于或等于20Hz時(shí)，阻尼比可取2%；3）當(dāng)固有頻率大于10Hz但小于20Hz時(shí)，阻尼比可基于（1）和（2）給出的數(shù)值由線性插值確4.4管道模型4.4.1模型自由度所建立的管道計(jì)算模型應(yīng)包含足夠數(shù)量的節(jié)點(diǎn)和自由度，可按以下步驟檢查自由度數(shù)量是否足夠。1檢查各振型曲線是否光滑；3T/CNIDAXXXX—XXXX2振型曲線光滑時(shí)，對(duì)管道模型輸入1g加速度進(jìn)行靜力計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)分布質(zhì)量模型的靜力計(jì)算結(jié)果對(duì)比，若支承或支承附近兩者計(jì)算結(jié)果相差較大，則表明自由度數(shù)量不夠。4.4.2模型邊界a)模型邊界一般應(yīng)取管道與部件連接處、固定支承處或與較大管徑管道的連接處。如果滿足下列要求之一，可排除支管而只對(duì)主管進(jìn)行計(jì)算。1）支管的外徑小于或等于主管外徑的1/4或支管與主管的截面慣性模量比小于1/100。2）支管位于固定點(diǎn)或縱向?qū)蛑С懈浇?。否則，應(yīng)在主管分析中考慮支管的影響，并且在單獨(dú)分析支管時(shí)，應(yīng)輸入主管連接點(diǎn)處的地震反應(yīng)，含連接點(diǎn)處的反應(yīng)譜、加速度時(shí)程及位移。若采取其它簡(jiǎn)化輸入方法，應(yīng)驗(yàn)證其保守性。b)應(yīng)考慮抗震I類管道與非抗震I類管道系統(tǒng)的相互作用，并滿足下列要求：1）非抗震I類管道系統(tǒng)若與抗震I類管道系統(tǒng)不直接相連，但兩者隔離不可實(shí)施或無(wú)效，則非抗震I類管道系統(tǒng)應(yīng)滿足與抗震I類管道系統(tǒng)相同的抗震設(shè)計(jì)要求；2）非抗震I類管道系統(tǒng)若與抗震I類管道系統(tǒng)直接相連，則前者應(yīng)包含在后者的分析模型中，非抗震I類管道系統(tǒng)自交界部位到相鄰的第一個(gè)固定點(diǎn)間的部分，在極限安全地震動(dòng)下，不應(yīng)導(dǎo)致抗震I類管道系統(tǒng)的失效。4.4.3支承要求一般管道設(shè)計(jì)中采用的支承類型應(yīng)包括：a)固定支承，約束6個(gè)自由度；b)導(dǎo)向和夾緊支承，約束1、2或者3個(gè)位移自由度。管道抗震分析時(shí)管道模型中可選取支架的實(shí)際剛度，也可對(duì)支架做剛性簡(jiǎn)化；采用后者方法時(shí)，支架的實(shí)際剛度應(yīng)大于最小剛度限值，最小剛度限值取決于管道名義直徑和壁厚等級(jí)。當(dāng)一個(gè)支架支承多個(gè)管道時(shí)，不同位置的支架剛度應(yīng)就各管道分別確定，采用剛性支架假設(shè)應(yīng)進(jìn)行論證。計(jì)算中應(yīng)滿足支承點(diǎn)處的位移和約束要求、支承間的最大跨距要求和管道支承的最小剛度要求。當(dāng)管道分擔(dān)的支架質(zhì)量對(duì)抗震計(jì)算結(jié)果影響較大時(shí)，應(yīng)考慮管道分擔(dān)的支架質(zhì)量的影響。當(dāng)土建條件具備時(shí)，應(yīng)盡量采用埋板將支承連接到混凝土結(jié)構(gòu)上。4.4.3其它要求管道模型的總體坐標(biāo)系應(yīng)盡可能與廠房的參考坐標(biāo)系一致。若管道需采用局部坐標(biāo)系建模，應(yīng)在管道規(guī)格書(shū)中規(guī)定。管道模型中應(yīng)計(jì)入管道上的閥門(mén)及其它部件的質(zhì)量，應(yīng)考慮偏心距及偏心質(zhì)量的影響。閥門(mén)只應(yīng)在閥體上部承受支承，如果閥門(mén)本身不要求有支承，則支承應(yīng)放置在靠近閥體的位置，閥蓋不應(yīng)用作支承。冷凍閥、穿地閥、蒸汽噴射泵等部件應(yīng)根據(jù)實(shí)際在管道模型中考慮其幾何特征和約束形式的影響。4.5響應(yīng)疊加方法管道模型單個(gè)方向不同階模態(tài)響應(yīng)的組合方法應(yīng)參照《核電廠抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50267附錄B執(zhí)行，管道在三個(gè)正交方向的地震響應(yīng)采用平方和的平方根法（SRSS）進(jìn)行組合。4T/CNIDAXXXX—XXXX如果管道模型位于不同的廠房，不同方向由于廠房引起的地震錨固點(diǎn)位移產(chǎn)生的響應(yīng)應(yīng)采用靜力法求得，對(duì)于三個(gè)方向的響應(yīng)采用平方和的平方根法（SRSS）進(jìn)行組合。地震錨固點(diǎn)位移響應(yīng)與地震響應(yīng)應(yīng)采用平方和的平方根法（SRSS）進(jìn)行組合。5應(yīng)滿足的準(zhǔn)則5.1基本準(zhǔn)則運(yùn)行中管道所承受的工況可分為設(shè)計(jì)工況、正常運(yùn)行工況、異常工況、事故工況和試驗(yàn)工況。設(shè)計(jì)工況指以設(shè)計(jì)載荷為特征的一種工況，設(shè)計(jì)載荷應(yīng)由管道在正常運(yùn)行工況下所承受的最高載荷確定。正常運(yùn)行工況指管道在正常運(yùn)行期間（包括穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和相關(guān)的各種正常運(yùn)行瞬態(tài)）所處的工況。異常工況指管道在各種正常運(yùn)行故障時(shí)所處的工況。事故工況指極不可能出現(xiàn)的工況，但必須研究這類工況對(duì)部件安全造成的后果。試驗(yàn)工況指在規(guī)定的水壓試驗(yàn)時(shí)部件所處的工況。管道對(duì)每一類工況有關(guān)的每一載荷組合應(yīng)對(duì)應(yīng)一個(gè)準(zhǔn)則級(jí)別要求。設(shè)計(jì)工況應(yīng)滿足0級(jí)準(zhǔn)則。正常運(yùn)行工況應(yīng)滿足A級(jí)準(zhǔn)則。異常工況應(yīng)滿足B級(jí)準(zhǔn)則。事故工況應(yīng)滿足D級(jí)準(zhǔn)則。在試驗(yàn)工況下，應(yīng)滿足對(duì)應(yīng)的評(píng)定限制。每組準(zhǔn)則級(jí)別均與一組評(píng)定限制相對(duì)應(yīng)。乏燃料后處理廠抗震I類管道的各工況，載荷，準(zhǔn)則級(jí)別，評(píng)定方程編號(hào)和評(píng)定限制見(jiàn)表1。由于后處理廠管道內(nèi)介質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性，在設(shè)計(jì)工況計(jì)算時(shí)應(yīng)在管道設(shè)計(jì)壁厚基礎(chǔ)上減去腐蝕裕量作為計(jì)算厚度。表1不同工況下所考慮的載荷和評(píng)定限制-設(shè)計(jì)壓力-靜重和持續(xù)載荷6-熱膨脹和熱位移A級(jí)7-熱膨脹和熱位移-正常運(yùn)行壓力-靜重和持續(xù)載荷8-非循環(huán)錨固點(diǎn)位移,包括生9-最大運(yùn)行壓力-靜重和持續(xù)載荷-SL-1動(dòng)力效應(yīng)-SL-1產(chǎn)生的錨固點(diǎn)位移-其它一次異常載荷-最大運(yùn)行壓力-靜重和持續(xù)載荷-SL-2動(dòng)力效應(yīng)10’5T/CNIDAXXXX—XXXX-SL-2產(chǎn)生的錨固點(diǎn)位移-其它一次事故載荷PDhPDn10’’h/P2tyn注1）當(dāng)熱脹應(yīng)力超過(guò)SA時(shí)，即當(dāng)沒(méi)有滿足公式(7)的要求時(shí)，可用公式(8)繼續(xù)校核熱脹應(yīng)力與自重應(yīng)力之和是否小于Sh+SA，如滿足公式(8)，可認(rèn)為此工況熱脹應(yīng)力滿足要求。（2）在事故工況下，若>Sh，應(yīng)同時(shí)計(jì)算10、10’’兩個(gè)方程，應(yīng)力比取兩個(gè)方程結(jié)果的最P：設(shè)計(jì)壓力；PPmax：所考慮工況下的最大壓力；D0：管道外徑；tn：公稱壁厚，對(duì)于彎管，指管道彎曲前直管的公稱壁厚減去彎曲引起的最大減薄值；Z：管道截面模量；i：應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)，宜按照RCC-M圖C3680執(zhí)行；MA：由重量和其它持續(xù)載荷加在橫截面上產(chǎn)生的合力矩；MB：偶然載荷（如閥門(mén)產(chǎn)生的推力，地震載荷等MB中由地震產(chǎn)生的力矩應(yīng)采用以下兩種計(jì)算方法：如果阻尼比大于或等于ξ≥10%，則直接采用響應(yīng)譜分析法得到的力矩MDyn。如果所采用的阻尼比2%≤ξ≤5%，則MB=Dyn，式中τ=。MC：由熱膨脹產(chǎn)生的力矩變化范圍；MD：由任何單向的非循環(huán)錨固點(diǎn)位移產(chǎn)生的合力矩，如預(yù)計(jì)的建筑物沉降；6T/CNIDAXXXX—XXXXSC：室溫下材料的許用應(yīng)力；Sh：設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力；Sy：試驗(yàn)溫度下材料的屈服強(qiáng)度；SA：熱膨脹應(yīng)力的允許應(yīng)力變化范圍，應(yīng)由公式SA=f(1.25SC+0.25Sh)給出，式中f為設(shè)備使用壽期內(nèi)，循環(huán)工作條件下等效全溫度循環(huán)的總循環(huán)數(shù)為N時(shí)的應(yīng)力范圍減弱系數(shù)，f的取值由表2給出。表2應(yīng)力范圍減弱系數(shù)取值等效全溫度循環(huán)數(shù)N減弱系數(shù)f10.90.822000～450000.745000～1000000.60.5如果溫度變化幅度不同，則等效的全溫度循環(huán)次數(shù)N可按下式計(jì)算：Nn式中：NE=對(duì)應(yīng)于最大的溫度變化幅度ΔTE的循環(huán)次數(shù)，對(duì)應(yīng)于ΔTE的膨脹應(yīng)力SE將在表5-1的方程7中得到計(jì)算；N1,…Nn=對(duì)應(yīng)于較低溫度變化幅度ΔT1、ΔT2…Tn的循環(huán)次數(shù)；r,…rn=溫度變化幅度ΔTi與最高溫度變化幅度ΔTE之比。E)5.2功能性準(zhǔn)則對(duì)于在事故工況下要求保持功能性的管道，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行功能性分析。此分析應(yīng)使相應(yīng)的管道應(yīng)力滿足表3的限值。7T/CNIDAXXXX—XXXX表3功能性評(píng)定所考慮的應(yīng)力類型和評(píng)定限制75.3可運(yùn)行性準(zhǔn)則對(duì)于在事故工況下要求附件保持其可運(yùn)行性的管道，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行管道附件的可運(yùn)行性分析。此分析應(yīng)使相應(yīng)的管道應(yīng)力滿足表4的限值。表4可運(yùn)行性評(píng)定所考慮的應(yīng)力類型和評(píng)定限制7AZAZ5.4接口數(shù)據(jù)規(guī)定5.4.1與設(shè)備接口處的載荷應(yīng)管道與設(shè)備接口的許用載荷應(yīng)滿足設(shè)備供貨方的要求。5.4.2閥門(mén)加速度閥門(mén)重心處應(yīng)同時(shí)承受兩個(gè)水平方向和一個(gè)豎直方向的加速度。除非另有說(shuō)明，閥門(mén)重心每一個(gè)方向的加速度應(yīng)限制在以下數(shù)值以內(nèi)。對(duì)于SL-2地震：地面峰值加速度的20倍。對(duì)于SL-1地震：0.8倍的SL-2的加速度限值。6分析報(bào)告6.1一般要求管道計(jì)算完成后應(yīng)提供管道力學(xué)分析報(bào)告，完整的管道力學(xué)分析報(bào)告應(yīng)由以下幾部分組成：封面、簽字頁(yè)、文件修改記錄頁(yè)、目錄、正文、附錄和附圖等。管道力學(xué)分析報(bào)告的各部分要求如下。6.2概述8T/CNIDAXXXX—XXXX應(yīng)列出計(jì)算任務(wù)來(lái)源、所采用的軟件版本和軟件有效性證書(shū)編號(hào)、所考慮的載荷以及評(píng)定結(jié)果所依據(jù)的規(guī)范、本報(bào)告所提供的最終分析結(jié)果等簡(jiǎn)要內(nèi)容。還應(yīng)包括經(jīng)設(shè)計(jì)者確認(rèn)澄清的內(nèi)容和修改說(shuō)明（主要是指管道布置的修改、支架位置和支架功能的修改等）。6.3管道描述應(yīng)列表給出報(bào)告中所用到的管道參數(shù)，包括管道編號(hào)、管道外徑和壁厚、管道材料、管道保溫參數(shù)（壁厚和線重）、管道線重、工況參數(shù)以及管道的抗震級(jí)別、規(guī)范等級(jí)和核安全等級(jí)（功能等級(jí)）。應(yīng)給出報(bào)告中所采用的單位。應(yīng)列表給出管道邊界信息，包括邊界標(biāo)識(shí)、所在管線號(hào)、模型中對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)號(hào)、安裝分區(qū)和標(biāo)高等信息。應(yīng)列表給出管道建模中的支架信息，包括：支架個(gè)數(shù)、對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)號(hào)、支架功能、約束方向、標(biāo)高和備注等信息，并且對(duì)支架約束所采用的坐標(biāo)系（局部坐標(biāo)系或總體坐標(biāo)系）給出注釋。應(yīng)給出所用材料參數(shù)的依據(jù)，并且給出報(bào)告中用到的標(biāo)識(shí)符含義。應(yīng)給出閥門(mén)和孔板等部件的參數(shù)，包括重心節(jié)點(diǎn)號(hào)、長(zhǎng)度、重量、偏心和抗震類別等信息。6.4設(shè)計(jì)條件應(yīng)列表給出所考慮的載荷和對(duì)應(yīng)的工況號(hào)。應(yīng)列表給出所考慮的載荷、工況號(hào)、準(zhǔn)則級(jí)別、方程編號(hào)以及應(yīng)力限值。應(yīng)給出閥門(mén)加速度限值（如有）。應(yīng)給出管道功能性應(yīng)力限值（如有）。應(yīng)給出閥門(mén)可運(yùn)行性應(yīng)力限值（如有）。6.5計(jì)算結(jié)果應(yīng)對(duì)地震分析所采用的方法（單層譜或多層譜）給出說(shuō)明。列表給出所采用的反應(yīng)譜，包括廠房、標(biāo)高、反應(yīng)譜等級(jí)（SL-1和SL-2）和阻尼比。應(yīng)列表給出應(yīng)力分析結(jié)果，包括準(zhǔn)則級(jí)別、方程編號(hào)、最大值對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)號(hào)、最大計(jì)算應(yīng)力值、許用應(yīng)力限值和最大值與許用應(yīng)力限值的比值以及比值大于0.9的節(jié)點(diǎn)號(hào)。6.6參考文獻(xiàn)及相關(guān)文件