盧輝

(同濟大學，上海 200092)

0 引 言

電纜橋架是使電線、電纜、管纜鋪設達到標準化、系列化、通用化的電纜鋪設裝置，是核電廠房中重要的組成部分，保證了大量的能動設備的正常運行。電纜橋架由支架、托臂和安裝附件等組成，常見的電纜橋架是通過很多個支架連接形成的。電纜橋架有很多種類[1]，如：托臂支架、典型支吊架、異性支架、梯形支架、次托盤支架等，按橋架材質(zhì)分為鋼制、玻璃鋼及鋁合金三類[2,3]。

地震災害中，如果電纜橋架受到損壞，將會導致核電廠的重要能動設備無法正常運作，會引起很大的公共財產(chǎn)的損失，因此，保證電纜橋架在地震作用下的安全性是必不可少的環(huán)節(jié)，就某電纜橋架進行抗震計算分析，并對計算結果進行應力評定，校核其是否滿足規(guī)范設計要求。

1 模 型

1.1 結構概況

分析對象為三跨的電纜橋架，每跨跨度1.2m，支架柱截面采用方鋼形式，支架底板通過M30螺栓與地面相連。橋架分兩種規(guī)格，500mm橋架通過雙異型鋼托臂支撐和梯形支架連接，200mm橋架通過雙槽型鋼托臂支撐和托盤式支架連接。兩個橋架分別用側面和底面帶有通風模塊的防火保護裝置進行包覆，支架、托臂、支撐等均用防火保護裝置進行包覆。

1.2 材料特性

該橋架結構鋼材均采用Q235B碳鋼，底板采用20mm厚鋼板，支架柱為厚度8mm鋼材橋架結構其他小型連接件厚度為1.2mm～3mm不等。橋架支撐連接螺栓采用M20的A4-80螺栓。根據(jù)ASME AG-1規(guī)范[4]，非承壓、非緊固件許用應力取值Sm=min(2Sy/3，Su/4)；緊固件許用應力取值Sm=min(Re/4，Rm/5)；各材料常溫下的機械力學性能見表1。

表1 橋架結構材料常溫下機械力學性能

1.3 計算模型

輸入的荷載包括結構的自重、配重地震荷載等。其中，梯形橋架的防火保護裝置含兩條通風模塊的重量為53kg/m，橋架內(nèi)配重為33kg/m，橋架的整體載荷為86kg/m；托盤式橋架的防火保護裝置含兩條通風模塊的重量為41kg/m，橋架內(nèi)配重為20kg/m，橋架的整體載荷為61kg/m。

對于橋架、內(nèi)部連接安裝板、底板等均采用殼單元(shell)模擬，不模擬內(nèi)部電纜等器件剛度，其質(zhì)量均勻加到橋架上，螺栓以及包覆材料模擬采用實體單元，約束長度模擬真實情況。ABAQUS有限元計算模型見圖1。

依據(jù)抗震計算的要求以及電纜橋架的抗震安全性，將荷載組合依據(jù)ASMEAG-1要求分為B、D二級荷載組合形式，SL-1為運行基準地震，SL-2為安全停堆地震。荷載組合方式如表2所示。

圖1 橋架結構有限元模型圖

表2 橋架結構荷載組合方式

圖2 橋架結構第1階振型

2 結構應力評定準則

橋架結構主要受力部件均為板殼型部件，按ASME-AG-1-2015中TABLE AA-4321設計要求評定，固定螺栓評定標準參考ASME第Ⅲ卷第一冊NF分卷NF3324規(guī)范要求，主要受力部件及固定螺栓的應力評定限值見表3-4，其中，為薄膜應力，為彎曲應力

表3 板殼型支撐構件應力評定準則及限制(MPa)

圖3 橋架結構第2階振型

圖4 橋架結構第3階振型

圖5 橋架結構第4階振型

表4 固定螺栓應力評定準則及限制(MPa)

3 計算結果與評定

3.1 動力特性計算結果

采用通用有限元分析軟件ABAQUS，對該結構進行了模態(tài)分析。該模型的總重量為1.16t，計算了結構的前250階模態(tài)，頻率介于16.54Hz-423.20Hz。模型橫、縱、豎三方向前250 階的累計參與質(zhì)量百分比分別為90.78%、90.03%和91.06%。模型前4階模態(tài)振型見圖2-圖5。

3.2 應力分析結果與評定

輸入SL-1、SL-2地震荷載，將三個方向的計算結果采用SRSS的方法進行振型組合，同時加上自重，得到該橋架結構的主要部件在各使用等級下的薄膜應力及薄膜加彎曲應力。B級工況下，最大應力為24.62MPa，D級工況下，最大應力為44.79MPa。根據(jù)橋架結構在B、D級使用荷載工況下的最大響應應力強度計算結果，評定結果見表5。橋架結構固定螺栓承受的最不利地震響應應力評定結果見表6。

表5 橋架結構主要受力構件最不利位置應力評定(MPa)

表6 橋架結構連接螺栓應力值最大值(MPa)

4 結 論

核電電纜橋架的抗震分析對核電廠的安全正常運行具有重要作用，對某核電電纜橋架結構進行了抗震分析和評定。該橋架結構及結構連接螺栓的抗震安全性滿足規(guī)范規(guī)定的抗震技術要求。分析所得的數(shù)據(jù)對電纜橋架的自主設計和進一步改進具有借鑒意義。