CN102799727B - 一种核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，该方法建立蜗壳泵的简化模型，模型中蜗壳泵由蜗壳上部、蜗壳侧壁、蜗壳下部三个部分的钢筋混凝土构件连接在一起构成，三个钢筋混凝土构件来承受蜗壳泵内水的径向压力；确定蜗壳内的水压力作用荷载；选取蜗壳泵的典型截面，针对典型截面进行内力计算；根据内力计算的结果，进行等效配筋计算。采用本发明的方法可以较准确模拟混凝土蜗壳泵结构的受力情况，使整个结构计算易于完成，并给出合理的配筋结果。

Description

一种核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法

技术领域

本发明属于核电站设计技术，具体涉及一种核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法。

背景技术

蜗壳泵位于联合泵房之中，其作用是向常规岛厂房提供足够的冷却水，以确保核电厂的正常运行以及事故时安全停堆,在核电站中的地位十分重要。而蜗壳泵又是由电机、变速箱（齿轮箱）、叶轮、泵体、进水道及出水道组成，造成其受力的复杂性。又因泵体是由混凝土结构构成，形似蜗牛，造成其形状的复杂性。

由于蜗壳形状奇特且荷载工况复杂，因此要找出一种简化模型，使结构计算易于完成，又能满足各种工况组合的合理的配筋结果，是蜗壳泵计算的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有实际问题的复杂性，提供一种核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法。采用本发明的方法可以较准确模拟混凝土蜗壳泵结构的受力情况，给出合理的配筋结果。

本发明的技术方案如下：一种核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，包括如下步骤：

（1）建立蜗壳泵的简化模型，模型中蜗壳泵由蜗壳上部、蜗壳侧壁、蜗壳下部三个部分的钢筋混凝土构件连接在一起构成，三个钢筋混凝土构件来承受蜗壳泵内水的径向压力；

（2）确定蜗壳内的水压力作用荷载，水压力包括正常运行时的最大水压力、最大瞬态水压力、试验水压力；

（3）选取蜗壳泵中心轴线上的四个截面作为典型截面，针对典型截面进行内力计算；

（4）根据内力计算的结果，进行等效配筋计算。

进一步，如上所述的核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，在步骤（1）建立的蜗壳泵简化模型中，作用在蜗壳上、下部的竖向力T由与蜗壳通道形状一样的钢筋混凝土来承受；施加在蜗壳侧壁上的水平力R_h通过沿循环泵上环和下环水平切线配置径向钢筋来抵制；竖向力T和水平力R_h所产生的弯矩，则分别由泵上环和下环水平切线配置的径向钢筋及蜗壳壁的竖向钢筋来抵制。

进一步，如上所述的核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，步骤（3）中所述的内力计算是针对步骤（2）中确定的最大水压力对所选取的典型截面进行的计算，包括：

径向截面的弯矩计算：

$M_r=-(P-\mathrm{gd})\×\frac{B^2}{2}$

蜗壳边缘的剪力或者腹部的拉力计算：

T=(P-gd)×B

由水平压力产生的弯矩计算：

$M_V=\frac{P\×H^2}{8}$

水平径向作用力计算：

$R_h=\frac{P\×H}{2}$

其中，P为最大水压力设计值，

g为混凝土容重，

d为蜗壳内表面到蜗壳区结构平台标高的混凝土厚度，

B为截面宽度，

H为截面高度。

进一步，如上所述的核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，步骤（4）中所述的等效配筋计算包括：

蜗壳径向上部和下部所需钢筋的计算：

$A=\frac{1}{f_y}(R_h+\frac{\left|M_r\right|}{Z})$

蜗壳侧壁的竖向钢筋的计算：

M=max(|M_r+M_v|,|M_r|)

其中，A为钢筋的面积；

f_y为普通钢筋抗拉强度设计值；

Z为截面有效高度。

进一步，如上所述的核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，还包括在不同的工况组合下利用ANSYS 5.2软件对简化模型的计算结果进行比较分析的步骤，不同的工况组合包括：a）施工阶段的荷载；b）水压试验工况与施工工况；c）运行工况、施工工况、温度变化工况。

本发明的有益效果如下：本发明针对蜗壳泵形状奇特且荷载工况复杂的情况，提出了一种用于蜗壳泵结构计算的简化模型，使整个结构计算易于完成，又能满足各种工况组合的合理的配筋结果，并利用ANSYS 5.2软件对简化模型的计算结果进行比较分析，同时考虑施工的可操作性，保证了混凝土蜗壳泵设计的安全性。

附图说明

图1为混凝土蜗壳泵的剖面结构示意图；

图2为蜗壳泵的简化模型受力示意图；

图3为蜗壳的平面示意图；

图4为截面的内力计算简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

混凝土蜗壳泵为混凝土构件，形状似蜗牛，图1为其剖面图，蜗壳泵的泵体3内设有齿轮箱2，齿轮箱2与电机1相连接，泵体一端设置进水道4。本发明采用手算方法对泵体进行简化，得到安全的配筋，具体包括以下步骤：

（1）通过蜗壳泵的3个钢筋混凝土构件来承受泵内水的径向压力。作用在蜗壳上，下的竖向力（T）由与蜗壳通道形状一样的钢筋混凝土来承受；施加在蜗壳侧壁上的水平力（R_h）通过沿循环泵上环和下环水平切线配置径向钢筋来抵制；而它们所产生的弯矩，则分别由泵上环和下环水平切线配置的径向钢筋及蜗壳壁的竖向钢筋来抵制。具体简化模型如图2。

（2）荷载取值：计算主要是考虑蜗壳内的水压力作用。水压力包括正常运行时的最大水压、最大瞬态水压力、试验水压力。

（3）选取蜗壳泵中心轴线上的四个截面（截面⑧、及）作为典型截面，针对典型截面进行内力计算，见图3。截面计算简图如图4所示。典型截面一般选取蜗壳泵有代表性的截面位置。内力计算是针对最大水压力对所选取的典型截面进行的计算，包括：

内力计算包括：

径向截面的弯矩计算：

$M_r=-(P-\mathrm{gd})\×\frac{B^2}{2}$

蜗壳边缘的剪力或者腹部的拉力计算：

T=(P-gd)×B

由水平压力产生的弯矩计算：

$M_V=\frac{P\×H^2}{8}$

水平径向作用力计算：

$R_h=\frac{P\×H}{2}$

其中，P为最大水压力设计值，

g为混凝土容重，

d为蜗壳内表面到蜗壳区结构平台标高的混凝土厚度，

B为截面宽度，

H为截面高度。

（4）等效配筋计算：

a）蜗壳径向上部和下部所需钢筋为：

$A=\frac{1}{f_y}(R_h+\frac{\left|M_r\right|}{Z})$

b）蜗壳侧壁的竖向钢筋计算

蜗壳的竖向钢筋计算公式为：

M=max(|M_r+M_v|,|M_r|)

其中，A为钢筋的面积；

f_y为普通钢筋抗拉强度设计值；

Z为截面有效高度，通常可以取为（d－0.1）m。

（5）在不同的工况组合下，通过用ANSYS（5.2）的建模计算对简化计算结果进行了分析比较，简化计算能够确定出合理的配筋量，能保证混凝土蜗壳泵的安全性，以达到不同荷载下混凝土蜗壳泵计算的可实施性。不同的工况组合包括：a）施工阶段的荷载；b）水压试验工况与施工工况；c）运行工况、施工工况、温度变化工况。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，包括如下步骤：

(1)建立蜗壳泵的简化模型，模型中蜗壳泵由蜗壳上部、蜗壳侧壁、蜗壳下部三个部分的钢筋混凝土构件连接在一起构成，三个钢筋混凝土构件来承受蜗壳泵内水的径向压力；

(2)确定蜗壳内的水压力作用荷载，水压力包括正常运行时的最大水压力、最大瞬态水压力、试验水压力；

(3)选取蜗壳泵中心轴线上的四个截面作为典型截面，针对典型截面进行内力计算，内力计算是针对步骤(2)中确定的正常运行时的最大水压力对所选取的典型截面进行的计算，包括：

径向截面的弯矩计算：

$M_r=-(P-\mathrm{gd})\×\frac{B^2}{2}$

蜗壳边缘的剪力或者腹部的拉力计算：

T＝(P-gd)×B

由水平压力产生的弯矩计算：

$M_V=\frac{P\×H^2}{8}$

水平径向作用力计算：

$R_h=\frac{P\×H}{2}$

其中，P为最大水压力设计值，

g为混凝土容重，

d为蜗壳内表面到蜗壳区结构平台标高的混凝土厚度，

B为截面宽度，

H为截面高度；

(4)根据内力计算的结果，进行等效配筋计算。

2.如权利要求1所述的核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，其特征在于：在步骤(1)建立的蜗壳泵简化模型中，作用在蜗壳上、下部的竖向力T由与蜗壳通道形状一样的钢筋混凝土来承受；施加在蜗壳侧壁上的水平力R_h通过沿循环泵上环和下环水平切线配置径向钢筋来抵制；竖向力T和水平力R_h所产生的弯矩，则分别由泵上环和下环水平切线配置的径向钢筋及蜗壳壁的竖向钢筋来抵制。

3.如权利要求1或2所述的核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，其特征在于：步骤(4)中所述的等效配筋计算包括：

蜗壳径向上部和下部所需钢筋的计算：

$A=\frac{1}{f_y}(R_h+\frac{\left|M_r\right|}{Z})$

蜗壳侧壁的竖向钢筋的计算：

$A=\frac{1}{f_y}(R_h+\frac{\left|M_r\right|}{Z}),M=\max \left(\right|M_r+M_v|,|M_r\left|\right)$

其中，A为钢筋的面积；

f_y为普通钢筋抗拉强度设计值；

Z为截面有效高度。

4.如权利要求1所述的核电站联合泵房混凝土蜗壳泵的设计方法，其特征在于：还包括在不同的工况组合下利用ANSYS5.2软件对简化模型的计算结果进行比较分析的步骤，不同的工况组合包括：a)施工阶段的荷载；b)水压试验工况与施工工况；c)运行工况、施工工况、温度变化工况。