Анализ прочностных характеристик и устойчивости элементов конструкции траверсы шестилучевой для монтажа закладной опоры фермы опорной корпуса реактора

Дудченко Анатолий Николаевич; Томилин Сергей Алексеевич; Пинчук Михаил Эдуардович; Пинчук Эдуард Викторович

ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ^ СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

УДК 539.4:621.039.5

АНАЛИЗ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И УСТОЙЧИВОСТИ

ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ТРАВЕРСЫ ШЕСТИЛУЧЕВОЙ ДЛЯ МОНТАЖА ЗАКЛАДНОЙ ОПОРЫ ФЕРМЫ ОПОРНОЙ КОРПУСА РЕАКТОРА

Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл.

В работе представлен проверочный расчет и предложены на его основе рекомендации по дальнейшей оптимизации конструкции траверсы шестилучевой грузоподъемностью 120 т для монтажа закладной опоры фермы опорной корпуса реактора.

Ключевые слова: прочность и устойчивость элементов конструкции, траверса шестилучевая; оптимизация конструкции.

Поступила в редакцию 20.03.2014 г.

В соответствии с планом строительства новых энергоблоков атомных электростанций (АЭС), директивным графиком сооружения блоков №3 и №4 Ростовской АЭС предусмотрен их физический пуск и выход на проектную мощность в 2014 и 2016 годах соответственно. Столь высокие темпы строительства предполагают внедрение новых и прогрессивных методов сооружения зданий и монтажа оборудования. Применение принципа «Open top» («Открытого монтажа») с параллельным сочетанием максимального блочного укрупнения строительных и технологических конструкций, позволяет добиться поточности строительства, оптимального использования трудовых и технических ресурсов. Укрупнение монтажных блоков в условиях цеха и укрупнительных площадок позволяет поддержать необходимые темпы строительства и уложиться в требуемые сроки пуска и ввода в эксплуатацию блоков АЭС.

Одним из основных элементов здания реакторного отделения является бетонная шахта реактора (рис. 1). Шахта выполняет две основные функции: крепление и удержание в проектном положении корпуса реактора, а также защищает элементы конструкций здания от нейтронного излучения в процессе работы реакторной установки. Для удобства монтажа и с учетом грузоподъемности башенного крана, равной 220 т, шахта реактора разбита на несколько монтажных частей, которые собираются на укрупнительной площадке рядом с блоком и подаются в зону монтажа уже в укрупненном - блочном виде. После установки в проектные положения каждого из блоков производится их поэтапное бетонирование.

В соответствии с правилами монтажа крупногабаритных и тяжеловесных элементов необходимо применение дополнительных такелажных конструкций, обеспечивающих безопасное выполнение монтажных операций. Для монтажа закладной опоры фермы опорной корпуса реактора, исходя из конструктивной особенности и массы блока 120 т, необходимо применение сложной пространственной конструкции - шестилучевой траверсы (рис. 2). Она была задействована на блоке №3

©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2014

Ростовской АЭС, что вызвало ряд проблем, обусловленных тем, что ее конструкция отличается сложностью, громоздкостью и высокой металлоемкостью. Поэтому при подготовке работ на блоке №4 Ростовской АЭС возникла необходимость пересчета использованной конструкции с целью ее дальнейшей оптимизации или предложения более приемлемого конструктивного варианта, что и было сделано авторами настоящей работы.

Рис. 1. Бетонная шахта реактора ВВЭР-1000 1 - несущая плита гермозоны реакторного отделения; 2 - закладная опора опорной фермы корпуса реактора; 3 - опорная ферма корпуса реактора; 4 - верхняя конструкция бетонной шахты реактора с кольцом упорным; 5 - фундаментная часть здания реакторного отделения.

Конструкция траверсы шестилучевой показана на рисунке 2. К основным несущим элементам траверсы относятся стойки 1, проушины 2, оси 3 и балки 4. Конструктивную роль играют стойка 5, раскосы 6, связи 7, обечайка 8, кольцо 9 и накладка Ю.

о)

в;

Рис. 2. Конструкция траверсы шестилучевой а - вид сверху; б - профиль луча; в - схема строповки.

Перенося вес обечайки с арматурой на оси стоек 1 и учитывая конструктивно-силовую симметрию траверсы, рассмотрим следующую расчетную схему луча (рис. 3).

Рис. 3. Расчетная силовая схема фермы луча траверсы

Конструкция представляет собой плоскую ферму, геометрическую неизменяемость отсека РВСЕ которой обеспечивают проушины 2 и накладки 10 (рис. 2,6). Нормативная нагрузка на ферму составляет Оп= Р + РХ = 20 тс. Расчетная нагрузка равна:

О = ОлГлГд = 24,4 тс * 240 где уп = 1,1 - коэффициент перегрузки;

у0 = 1,1 - динамический коэффициент.

кН,

Из условий равновесия стойки BC находим: - усилие в строповочном канате

с

Т =-= 261

COS« кН;

- вертикальная составляющая усилия Тв = G = 240 кН;

- горизонтальная составляющая усилия

Тг - G-tga -102 кН.

Для сечения 1-1 (рис. 3) получаем усилия в элементах фермы

У^СТд. =0; Л^ = -Тг = -102 кН - верхний ригель сжат;

У" тн =0; А'\ = 0 - нижний ригель не нагружен;

^ у = 0; = 0 - раскос не нагружен.

Таким образом, нижний пояс и раскосы фермы не работают под нагрузкой, выполняя только конструктивную роль.

Проверим на устойчивость верхний ригель фермы. Из конструкции траверсы (рис. 2, а, б) следует, что более опасным является случай потери устойчивости ригеля из плоскости нагружения. С учетом расстановки связей 7 (рис. 2, а) получаем следующую расчетную схему (рис. 4).

Рис. 4. Расчетная схема продольного изгиба ригеля

Расчет на устойчивость сплошностенчатых элементов (рис. 2, а, сечение Б - Б), подверженных центральному сжатию (рис. 4), выполняем по формуле [1]:

N

Т - КуУс 5 0)

<р-А

где

N - сжимающая сила;

(р - коэффициент продольного изгиба;

А - площадь сечения;

. - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию и изгибу по пределу

текучести; ус - коэффициент условий работы.

Значение коэффициента (р зависит от приведенной гибкости Л

Л =Л-

y

E

(2)

/л-1

где Л =--гибкость стержня;

i

¡л - коэффициент приведения длины, зависящий от схемы нагружения; I - длина стержня;

и

г = -— - радиус инерции сечения; V А

J - момент инерции сечения относительно оси, перпендикулярной направлению

выпучивания; Е - модуль Юнга.

Для схемы (рис. 4) согласно [2, табл. 45] находим путем линейной интерполяции при отношении all = 0,66

Мом = Mo,в + • (/"oj " Mo,в) = °'542

Вычисляем момент инерции относительно вертикальной оси y составного сечения из двух швеллеров № 12 (рис. 2, б, сечение Б - Б)

J = Jyc=2(JyA + A[(b-z0)2)=4\9 см4

Радиус инерции i = А— = 4 см; гибкость ригеля Л — H—L- 45 .

V A i

Приведенная гибкость определяется по формуле (2) и при R = 215 МПа и i? =2-105 МПа равна 1=1,48.

Находим коэффициент продольного изгиба при 0 < Л < 2,5 [1]:

( Я \

<р = \- 0,073 -5,53-^ Хл/Х = 0,88

Проверяем прочность верхнего пояса по формуле (1):

44 < 183 - четырехкратный запас прочности. Рассмотрим теперь проверочный расчет проушины 2 (рис. 2). Схема проушины показана на рисунке 5.

Условие прочности на разрыв по сечению II - II имеет вид:

<3)

где А = 1984 мм - площадь сечения при разрыве.

Проверяем прочность на разрыв по формуле (3):

66 < 183 - трехкратный запас прочности.

Рис. 5. Схема проушины

Условие прочности на условный срез по сечению I -1 имеет вид:

— < 0,587? у ,

1 2

где Ах = мм ~~ плс,ЩаДь сечения при срезе.

(4)

Проверяем прочность на условный срез по формуле (4):

132 < 183 - выполняется. Условие прочности на смятие

т 2А

<

КрГс

где А = 4416 мм - площадь смятия;

п

ил

У т

К„ = —^— = 336 МПа - расчетное сопротивление.

Проверяем прочность на смятие по формуле (5):

30 < 287 - десятикратный запас прочности.

Перейдем теперь к рассмотрению оси 3 (рис. 2). Ось работает на поперечный изгиб. Ее конструкция показана на рисунке 6, а. Схема нагружения от усилия в строповочном канате - на рисунке 6, б. Пролет балки принимаем равным расстоянию между центрами проушин I = 120 мм.

а)

б)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 6. Строповочная ось а - конструкция; б - схема нагружения.

Расчетная поперечная сила

т

0 = — = 130 кН.

2

Расчетный изгибающий момент

77

М = — =7,83 кН-м. 4

Условие прочности по нормальным напряжениям имеет вид:

М „

УУ . (6)

Учитывая, что момент сопротивления для трубы 273x10 равен W = 525 см , по формуле (6) получаем:

15 < 183 - двенадцатикратный запас прочности.

Условие прочности на условный срез имеет вид:

^<0,55ЯуГс. (7)

Проверяем прочность на условный срез по формуле (7):

16 < 100 - шестикратный запас прочности.

На основании приведенных расчетов анализ напряжённого состояния элементов шестилучевой траверсы показывает, что траверса спроектирована и изготовлена с избыточным запасом прочности, и, следовательно, неэкономична. Вес траверсы можно значительно снизить, произведя конструктивный расчет на прочность по требованиям СНиП [1]. Конструктивную схему траверсы можно оптимизировать, использовав, например, оболочечную модель со шпангоутами, как наиболее рациональную форму по расходу материала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП 11-23-81*. Стальные конструкции [Текст]. - М.: ФГУП ЦПП. 2005. - 90 с.

2. Справочник по сопротивлению материалов [Текст] / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев; Отв. ред. Г.С. Писаренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наукова думка, 1988.— 736 с.

Analysis of Strengthening Characteristic Construction and Components Steadiness of Hexactinal Cross Arm for Bearing Framework Mounting of

Support Reactor Carcass

A.N. Dydchenko*, S.A. Tomilin**, M.E. Pinchuk***, E.V. Pinchuk****

Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI», 73/94 Lenin St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 * e-mail: [email protected] ; ** e-mail: [email protected] *** e-mail:[email protected] ; **** e-mail: [email protected]

Abstract - This work is devoted to testing calculation and it also suggests on this basis the recommendations for further optimization of construction of hexactinal cross arm with 120 t. load-carrying ability for bearing framework mounting of support reactor carcass.

Keywords: durability and steadiness of construction, hexactinal cross arm, optimization of construction.