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非能动压水堆核电站厂房杆系模型研究摘要：本文以某非能动核电站辅助屏蔽厂房三维有限元模型为基础推导出相应的刚度参数并以此建立辅助厂房以及屏蔽厂房的杆系有限元模型可为后续开展核岛土-结构相互作用分析以及混凝土开裂非线性辅助分析提供模型基础。关键词：辅助屏蔽厂房杆模型非能动压水堆1引言在早期核电厂抗震分析中受限于计算机的运算能力轻量化、运算快的杆模型被广泛使用。随着计算机科学的发展目前的核电厂房抗震设计主要采用壳单元和实体单元组成的三维有限元模型。但在初步设计中的结构关键尺寸确定混凝土开裂非线性研究以及土-结构相互作用分析等方面杆模型仍具备较大的使用价值。本文基于三维有限元模型计算得到的单元参数对某非能动压水堆核电站的辅助屏蔽厂房（下称ASB厂房）进行了杆模型有限元模拟通过调节屏蔽厂房与辅助厂房刚度参与比重的方法对杆模型刚度进行调整从而得到与三维有限元模型动力特性相接近的杆模型该模型可用于土-结构相互作用及混凝土开裂非线性等后续分析工作。2某非能动压水堆核电站辅助屏蔽厂房杆模型建模流程2.1杆模型的分层杆模型的建模流程主要包括结构分层参数求解和模型组装三个步骤。杆模型针对结构分层的主要依据为：1结构的刚度；2质量突变点；3对于规则结构楼层也可视作分层的依据。基于某非能动压水堆核电站核岛厂房三维有限元模型其辅助屏蔽厂房根据结构的布置情况可分为三大部分共19个质量层或区域如图1所示。其中第一部分为辅助厂房除屋顶以外的部分共分为8个质量层。第二部分为辅助厂房屋顶部分原因在于厂房北东南三个区域的屋顶标高各不相同。第三部分为屏蔽厂房部分共分为8层其中筒体结构为1～5层进气口结构及锥形屋顶下半部分为第6层屋顶水箱下半部分及锥形屋顶上半部分为第7层水箱上半部分为第8层。图1杆模型质量分层示意图（基于核岛结构南北向剖面）根据质量分层的标高继续将三维有限元模型划分为9个剪切层每一层采用一个带刚度的梁单元进行模拟每个梁单元所代表的结构如下所示：地面以下标高ASB厂房结构为一个梁单元；地面以上至屋顶标高以下部分的ASB厂房结构为一个梁单元；厂房的北屋顶东屋顶以及南屋顶分别划分为梁单元；均质筒体结构为一个梁单元上部的进气口结构、屋顶以及水箱结构均按照质量层的划分标高各划分为一个梁单元。2.2质量单元和杆单元的参数求解2.2.1质量单元参数求解质量单元参数主要包括质心坐标单元平动质量以及单元转动质量。经过人工分层后对该层的节点施加约束后采用ANSYS软件中惯性释放计算命令获得该层节点的相关单元参数。2.2.2杆单元参数的求解辅助屏蔽厂房杆模型中杆单元主要分为Beam4单元和Link8单元两类其中Beam4单元主要用于反映剪切层的水平刚度特性所需的参数除该层剪心坐标外还包括截面的惯性矩和水平向截面积。Link8单元主要用于反映上下剪切层的竖向刚度特性所需的参数除刚心坐标外还包括截面的竖向截面积。以各质心标高作为剪切层的分层依据通过约束层下部节点并对上部节点施加水平单位位移的方法求得反力的合力点作为该剪切层的剪心。约束剪切层的下部节点并对上部节点施加竖向单位位移求得的反力合力点作为该剪切层的轴向刚心。约束剪切层的下部节点将剪心与层上部节点刚性连接并施加单位荷载（包含单位力和单位弯矩）根据表1中的公式计算得到用以连接剪心的梁单元的单元刚度参数。表1由三维模型创建杆模型的单元刚度计算公式表注：1、弯矩M和水平力F包括X、Y两个方向分别进行施加计算。2、弯剪单元长度L一般取该层上下节点的标高差但当该层很不规律（如包含倾斜的墙体）时可通过来计算。3、如果剪心坐标与刚心坐标相差较大则需要重新在轴向刚度中心施加单位竖向力来计算杆模型面积。2.3杆模型的组装将计算所得质量单元（Mass21）及相应参数施加在对应的质心节点上下剪切中心节点采用梁单元（Beam4）连接上下轴向刚度中心采用桁架单元（Link8）连接如果同一层不同节点重合则采用刚性杆将质心与其他节点连接。组装后的杆模型如图34所示。图3ASB厂房杆模型（由东往西看）图4ASB厂房杆模型（由北往南看）3杆模型模态分析及调整为了便于了解辅助厂房和屏蔽厂房对于整个ASB厂房动力特性的贡献比例在计算剪切刚度时针对于屋顶标高以下的两个剪切层分别采用两种模型计算：模型一：将剪心与上