«Уточненные расчетные исследования ветровых нагрузок, напряженно-деформированного состояния, прочности и устойчивости проектного башенных испарительных градирен Нововоронежской АЭС-2»
Заключение
В результате выполненных разработок и расчетных исследований напряженно-деформированного состояния, динамики, прочности и устойчивости несущих железобетонных конструкций башенных испарительных градирен Нововоронежской АЭС–2 при нормативно регламентированных сочетаниях основных и особых нагрузок и воздействий можно сформулировать нижеследующие выводы и рекомендации.
Разработаны и верифицированы пространственные оболочечные и объемные конечноэлементные модели комбинированной системы «грунтовое основание – ж/б конструкции градирни» и ее подсистем, адекватно отражающие их геометрико-жесткостные, инерционные и нагрузочные характеристики и результирующее напряженно-деформированное состояние, параметры динамики, прочности и устойчивости.
По разработанным КЭ-моделям в верифицированном ПК ANSYS Mechanical определены параметры напряженно-деформированного состояния несущих конструкций (перемещения, усилия, напряжения) и дана оценка прочности при расчетных сочетаниях нагрузок и воздействий, вычислены динамические характеристики и критические нагрузки/формы потери устойчивости.
Анализ результатов расчетных исследований показал в целом ожидаемую картину распределения параметров НДС в несущих ж/б конструкциях градирни. В частности, выявлено
– отсутствие значимых эффектов геометрической нелинейности в деформировании оболочки градирни;
–заметное влияние податливости опорного контура (фундаментная плита и колонны – «слабое звено») на статическое состояние, динамику и устойчивость системы;
– значимые для ветровых и сейсмических воздействий собственные формы колебаний (общее смещение оболочки на деформируемых колоннах) характеризуются низкими частотами и перегибом (изломом) в зоне нижнего опорного кольца.
– достаточную прочность и устойчивость оболочки.
Выполненными расчетными исследованиями на альтернативных КЭ-моделях установлено, что при соблюдении принятых параметров проекта (геометрия, свойства материалов, величины и сочетания основных и особых нагрузок и воздействий):
радиальные перемещения оболочки от «нормативного» ветра при 72-х направлениях с использованием результатов численного моделирования аэродинамики в результате линейного расчета достигают 54 мм и характеризуются малой динамикой;
несущая способность конструкции и неразрушение оболочки при внешнем ветровом воздействии, соответствующем «проектному» ураганному ветру по результатам физически и геометрически нелинейного расчета обеспечивается с запасом 1.6;
из рассмотренных сценариев «надвижения» смерча (торнадо) интенсивностью 3,16 по шкале Фудзиты наиболее опасным является вариант воздействия на изолированную градирню; результаты физически линейного расчета и проверка проектного армирования (программа «ОМ СНиП Железобетон») показывают, что необходимый запас прочности обеспечен;
В то же время, проведенный дополнительно физически и геометрически нелинейный расчет в квазистатической постановке для этого сценария торнадо продемонстрировал значимое трещинообразование, пластическое деформирование арматуры и разрушение в «правой» (относительно направления движения торнадо) зоне оболочки от действия положительного давления при «закручивании» вихря.
расчеты на 6-балльное сейсмическое воздействие по линейно-спектральному методу с учетом более чем 2000 собственных форм в диапазоне частот до 33 Гц показали максимальные суммарные сейсмические перемещения до 39 мм и определяются доминантными формами с частотами 1.517 Гц и 2.526 Гц;
расчеты на 6-балльное сейсмическое воздействие, заданное трехкомпонентными акселерограммами, по платформенной и волновой (с учетом поведения грунта) схемам показали максимальные суммарные перемещения узлов до 30 и 27 мм соответственно ;
общая устойчивость конструкции по Эйлеру при действующих нагрузках и воздействиях (весовых, температурных, ветровых, ураганных, смерчевых, сейсмических) обеспечивается с достаточными запасами (5.12 и выше);
расчет «на аварийную ситуацию» в нелинейной постановке для рассмотренного сценария инициирующего локального разрушения обосновал устойчивость несущей конструкции на прогрессирующее обрушение при удалении одной из колонн;
Расчеты армирования по СП 52-101-2003, выполненные по сертифицированной программе «ОМ СНиП Железобетон» для рассмотренных сочетаний нагрузок и воздействий, показали:
– значения кольцевого и меридионального армировния оболочки, не превышающие проектные значения;
– значения радиального и кольцевого армирования фундаментной плиты, не превышающие проектные значения для основных сочетаний и локально превышающие таковые для особых сочетаний (с учетом сейсмических и смерчевых нагрузок).
Прочность колонн и стенки бассейна при проектном армировании подтверждаются выполненными нелинейными расчетами в трехмерной постановке.
С учетом уникальности реализуемых конструктивных решений рекомендуется разработать и реализовать программу мониторинга состояния несущих конструкций испарительной градирни для стадий строительства и эксплуатации, опирающуюся как на результаты выполненных расчетов, так и на специально разрабатываемые адаптивные прогнозные мониторинговые математические модели.
Заключение
В результате выполненных разработок и расчетных исследований напряженно-деформированного состояния, динамики, прочности и устойчивости несущих железобетонных конструкций башенных испарительных градирен Нововоронежской АЭС–2 при нормативно регламентированных сочетаниях основных и особых нагрузок и воздействий можно сформулировать нижеследующие выводы и рекомендации.
- Разработаны и верифицированы пространственные оболочечные и объемные конечноэлементные модели комбинированной системы «грунтовое основание – ж/б конструкции градирни» и ее подсистем, адекватно отражающие их геометрико-жесткостные, инерционные и нагрузочные характеристики и результирующее напряженно-деформированное состояние, параметры динамики, прочности и устойчивости.
- По разработанным КЭ-моделям в верифицированном ПК ANSYS Mechanical определены параметры напряженно-деформированного состояния несущих конструкций (перемещения, усилия, напряжения) и дана оценка прочности при расчетных сочетаниях нагрузок и воздействий, вычислены динамические характеристики и критические нагрузки/формы потери устойчивости.
- Анализ результатов расчетных исследований показал в целом ожидаемую картину распределения параметров НДС в несущих ж/б конструкциях градирни. В частности, выявлено
– отсутствие значимых эффектов геометрической нелинейности в деформировании оболочки градирни;
–заметное влияние податливости опорного контура (фундаментная плита и колонны – «слабое звено») на статическое состояние, динамику и устойчивость системы;
– значимые для ветровых и сейсмических воздействий собственные формы колебаний (общее смещение оболочки на деформируемых колоннах) характеризуются низкими частотами и перегибом (изломом) в зоне нижнего опорного кольца.– достаточную прочность и устойчивость оболочки.
Выполненными расчетными исследованиями на альтернативных КЭ-моделях установлено, что при соблюдении принятых параметров проекта (геометрия, свойства материалов, величины и сочетания основных и особых нагрузок и воздействий):
радиальные перемещения оболочки от «нормативного» ветра при 72-х направлениях с использованием результатов численного моделирования аэродинамики в результате линейного расчета достигают 54 мм и характеризуются малой динамикой;
несущая способность конструкции и неразрушение оболочки при внешнем ветровом воздействии, соответствующем «проектному» ураганному ветру по результатам физически и геометрически нелинейного расчета обеспечивается с запасом 1.6;
из рассмотренных сценариев «надвижения» смерча (торнадо) интенсивностью 3,16 по шкале Фудзиты наиболее опасным является вариант воздействия на изолированную градирню; результаты физически линейного расчета и проверка проектного армирования (программа «ОМ СНиП Железобетон») показывают, что необходимый запас прочности обеспечен;
в то же время, проведенный дополнительно физически и геометрически нелинейный расчет в квазистатической постановке для этого сценария торнадо продемонстрировал значимое трещинообразование, пластическое деформирование арматуры и разрушение в «правой» (относительно направления движения торнадо) зоне оболочки от действия положительного давления при «закручивании» вихря.
расчеты на 6-балльное сейсмическое воздействие по линейно-спектральному методу с учетом более чем 2000 собственных форм в диапазоне частот до 33 Гц показали максимальные суммарные сейсмические перемещения до 39 мм и определяются доминантными формами с частотами 1.517 Гц и 2.526 Гц;
расчеты на 6-балльное сейсмическое воздействие, заданное трехкомпонентными акселерограммами, по платформенной и волновой (с учетом поведения грунта) схемам показали максимальные суммарные перемещения узлов до 30 и 27 мм соответственно ;
общая устойчивость конструкции по Эйлеру при действующих нагрузках и воздействиях (весовых, температурных, ветровых, ураганных, смерчевых, сейсмических) обеспечивается с достаточными запасами (5.12 и выше);
расчет «на аварийную ситуацию» в нелинейной постановке для рассмотренного сценария инициирующего локального разрушения обосновал устойчивость несущей конструкции на прогрессирующее обрушение при удалении одной из колонн;
расчеты армирования по СП 52-101-2003, выполненные по сертифицированной программе «ОМ СНиП Железобетон» для рассмотренных сочетаний нагрузок и воздействий, показали:
– значения кольцевого и меридионального армировния оболочки, не превышающие проектные значения;
– значения радиального и кольцевого армирования фундаментной плиты, не превышающие проектные значения для основных сочетаний и локально превышающие таковые для особых сочетаний (с учетом сейсмических и смерчевых нагрузок).
Прочность колонн и стенки бассейна при проектном армировании подтверждаются выполненными нелинейными расчетами в трехмерной постановке.
С учетом уникальности реализуемых конструктивных решений рекомендуется разработать и реализовать программу мониторинга состояния несущих конструкций испарительной градирни для стадий строительства и эксплуатации, опирающуюся как на результаты выполненных расчетов, так и на специально разрабатываемые адаптивные прогнозные мониторинговые математические модели.
