CN105424304A - 多点激励抗震试验支承架及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是多点激励抗震试验支承架，主要解决了现阶段该类试验均无法在试验件的实际安装状态下进行的问题。本发明包括多个分别设置在试验件支撑点位置处且其结构与试验件支撑点处实际安装结构一致的法兰（1），设置在法兰（1）上的过渡块（3），以及通过过渡块（3）设置在法兰（1）上的联接板（4）。本发明具有有效保障了控制棒驱动线在本发明上的安装方式与实堆安装条件下一致等优点。

Description

多点激励抗震试验支承架及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种支承架，具体涉及的是一种用于反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构的多点激励抗震试验支承架。

背景技术

为了精确模拟各个部件的地震激励，反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构的抗震试验普遍采用多点激励实验方法完成。该类型试验通常在多点激励竖井实验装置内进行，在控制方式上常采用位移控制，加载方向可为水平横向或水平横向和垂向联合加载。

根据HAFJ0053《核设备抗震鉴定试验指南》，抗震试验中试验件的安装方式应与实际安装条件相符，安装支承点处的输入载荷和加载方式应模拟真实情况。在针对反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构的抗震试验中，模拟支承架的设计是项目实施中的关键技术，也是保证抗震试验有效性的必要前提。

对比各类型的驱动线或其它同类型细长结构抗震试验用模拟支承架的分析设计，试验件在实际安装状态下的支撑点越多、支撑点间距离越小、试验件自身的结构刚度越大、外加如需准确实现水平地震和垂向地震共同作用，则设计满足试验要求的模拟支承架的技术难度更大，需要解决的技术难点更多。

现阶段，该类试验均无法在试验件的实际安装状态下进行，为模拟整套驱动线或其它同类型细长结构在实际安装状态下的支承、安装情况，需设计一套专用的模拟支承结构。

发明内容

模拟支承架的设计要求主要包括以下三个方面：

第一，要能将反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构中的各零部件组合成完整的试验件，并合理模拟试验件中各分部件在实际安装状态下的支撑位置、固定方式等安装条件。

第二，模拟试验件中各分部件的实际受力边界条件，实现在各支撑点处输入地震运动，且保障振动输入点间的解耦。

第三，模拟支承架的横向刚度不能过大，应满足现有激振器的性能要求；若试验有水平横向和垂向联合加载的要求，则支承架的垂向刚度要足够大，以便能实现采用垂向和横向联合加载方式模拟地震载荷；同时，支架自身的强度和稳定性均需满足试验要求。

本发明的主要目的在于解决现阶段该类试验均无法在试验件的实际安装状态下进行的问题，提供一种达到上述第一点设计要求的多点激励抗震试验支承架。为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

多点激励抗震试验支承架，包括多个分别设置在试验件支撑点位置处且其结构与试验件支撑点处实际安装结构一致的法兰，设置在法兰上的过渡块，以及通过过渡块设置在法兰上的联接板。本发明中为了便于描述，上述法兰、过渡块和联接板一起组合后统称为法兰组件。

因本发明中的法兰均位于试验件支撑点位置处，且其结构与试验件支撑点处实际安装结构一致，因而实现了各个法兰组件与试验件的安装方式与驱动线在堆内的安装方式一致，各个法兰组件之间的相对距离与实堆中对应各个支撑点间的相对距离一致，通过上述设置即保障了控制棒驱动线在本发明上的安装方式与实堆安装条件下一致。

因在各法兰外边缘焊联有过渡块以及联接板，进而方便法兰组件与竖井试验装置中作动器、调节铰杆以及侧向支撑铰杆的联接，实现模拟支承架在竖井实验装置中的安装。

其它反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构抗震试验模拟支承架的设计，可应用上述本发明的典型结构形式，根据不同试验件的结构特点及具体的试验要求，对支承架中各法兰的位置、结构和数量进行具体设计，进而可确保各部件在支承架上的安装方式与实际安装状态下一致。

进一步，所述法兰之间设置有用于将试验件放置在其内部的刚性筒体。通过刚性筒体的设置，有效保证支承架的垂向刚度足够大，以便能实现采用垂向和横向联合加载方式模拟地震载荷。

为了达到所述模拟支承架的第二点设计要求，所述法兰与刚性筒体之间，且位于法兰同一侧位置处均设置有弹簧板解耦机构。

由于刚性筒体组件和法兰组件具有较高的横向刚度，当施加各作动器的横向运动后，刚性筒体会阻碍其运动，并且对相邻作动器的运动产生影响，导致作动器控制精度降低、出现作动器推力消耗等问题。针对上述问题，本发明中设计有弹簧板解耦机构，通过弹簧板解耦机构的设置保障了振动输入点间的解耦，进而可以实现在各支撑点处输入实际的地震运动。

由于支撑点越多、支撑点间距离越小、试验件自身的结构刚度越大、外加如需准确实现水平地震和垂向地震共同作用，设计满足试验要求的模拟支承架的技术难度更大，需要解决的技术难点更多。本发明通过该弹簧板解耦机构依次将各段刚性筒体组件与各个法兰组件联接成整体，其不仅可以保障各振动输入点间的解耦，根据本发明的振动特性、刚度和强度等情况，还可以实现采用垂向和横向两种加载方式模拟地震载荷。即，采用此种结构形式的模拟支承架，有效解决了针对反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构多点水平横向或多点水平横向和一点垂向联合加载的技术难题。

综上可知，针对反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构，本发明可以实现以双向绝对位移激励方式开展驱动线抗震试验的目标，全方位模拟真实的地震载荷。

更进一步，为了有效达到解耦的效果，所述弹簧板解耦机构包括上法兰，下法兰，一端与上法兰连接、另一端与下法兰连接的弹簧板，以及设置在上法兰与下法兰之间的柔性管。

本发明利用弹簧板长度和宽度方向刚度大、厚度方向刚度小的特性，使沿横向振动方向的刚度小于侧向和垂向的10%，且应力不会使材料产生塑性变形，也不会导致失稳，进而起到解耦作用。

本发明的横向刚度满足现有激振器的性能要求；且通常反应堆控制棒驱动线在实堆安装工作状态下，驱动线各部件均浸在水介质中。本发明的目的是模拟试验件的实际安装状态，故也应该具备最基本的贮存水介质的功能。该弹簧板解耦机构中的柔性管确保了解耦装置具备容纳水介质的功能，各段刚性筒体也具备盛水功能，因而能有效模拟各试验件均浸在水介质中的实际安装状态。

再进一步，为了达到所述模拟支承架的第三点设计要求，所述弹簧板与上法兰和下法兰之间通过螺栓连接。本发明采用上述连接形式，其便于分别调整水平横向和垂向刚度。即，本发明加工完成、总装后，当进行安装实测时，若调试效果不理想，载荷输入不能满足试验要求，则可以更换不同厚度的弹簧板，从而较方便地调整结构的水平向及垂向刚度。

作为一种优选地设置方式，所述弹簧板解耦机构中的弹簧板数量为四个，均匀分布在两平行面上，且每个平行面中的两个弹簧板也平行设置。

作为最优地设置方式，所述上法兰和下法兰均为方形法兰，该弹簧板则均匀分布在上法兰和下法兰的相对两侧面上。

本发明中所述刚性筒体包括筒本体、设置在筒本体两端的圆法兰、以及设置在筒本体上的手孔接管。本发明在靠近筒体下端的位置处设有两个手孔接管，以便于相关测试导线的引出或位于其内下方的螺栓联接件的紧固操作。

因反应堆控制棒驱动线包括驱动机构、导向组件、燃料组件和控制棒组件等结构。作为运用于反应堆控制棒驱动线的支承架，该支承架从上至下的排列顺序为堆顶法兰、第一弹簧板解耦机构、上部筒体、法兰组件上、第二弹簧板解耦机构、中筒体组件、法兰组件下、第三弹簧板解耦机构、支承板法兰、第四弹簧板解耦机构、导向组件段筒体、堆芯上板法兰、第五弹簧板解耦机构、下部筒体、堆芯下板法兰和底部支撑筒体。

本发明中共计有六个法兰组件，各法兰合理模拟了实堆中驱动线各部件与堆内构件发生关联的情况，通过该六个法兰可以实现驱动线各部件在支承架上的安装方式与实堆中的安装方式一致。

本发明中共计有五个筒体组件，结构均为一段两端带圆法兰的筒体；最下端的筒体结构可以和底部垂向激振器的万向连轴节相连，其还具备盛水功能，且便于充排水。

本发明中共设计有五个弹簧板解耦机构，进而使支承点处的输入载荷和加载方式与驱动线各支撑点在实际安装状态下的情况一致。

利用该装置，针对反应堆控制棒驱动线，本发明实现了反应堆控制棒驱动线上六点水平横向和一点垂向的联合加载，实现了以双向绝对位移、多点激励方式开展抗震试验的目标，达到全方位模拟真实的地震载荷的目的。

作为一种优选，所述法兰、刚性筒体和弹簧板解耦机构之间通过螺栓固定连接。

多点激励抗震试验支承架的设计方法，包括以下步骤：

（1）根据试验件的具体情况，确定其在实际安装状态下支撑点的数量和位置；

（2）将试验件上各支撑点处的结构设置成与试验件支撑点处实际安装结构一致；

（3）根据各支撑点之间的距离设计刚性筒体，刚性筒体的内部用于容纳试验件和试验介质；

（4）在法兰与刚性筒体之间增加用于降低地震横向激振方向刚度的弹簧板解耦机构即可。

本发明通过上述设计方法，并结合《核设备抗震试验指南》的相关要求即可制造出本发明的支承架，且该支承架能有效保证控制棒驱动线或其它同类型细长结构在模拟支承架上的安装方式与实际安装条件下一致，模拟支承架上各支承点处的输入载荷和加载方式与驱动线或其它同类型细长结构各支撑点在实际安装状态下的情况一致。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、本发明实现了各个法兰组件与试验件的安装方式与驱动线在堆内的安装方式一致，以及各个法兰组件之间的相对距离与实堆中对应各个支撑点间的相对距离一致的目的；通过上述设置有效保障了控制棒驱动线在本发明上的安装方式与实堆安装条件下一致；

2、本发明通过刚性筒体的设置，有效保证支承架的垂向刚度足够大，以便能实现采用垂向和横向联合加载方式模拟地震载荷；

3、本发明通过弹簧板解耦机构的设置保障了振动输入点间的解耦，进而可以实现在各支撑点处输入实际的地震运动；同时有效实现了以双向绝对位移、多点激励方式开展抗震试验的目标；

4、本发明已成功应用于AP1000反应堆控制棒驱动线抗震试验、ACP1000反应堆控制棒驱动线抗震试验、以及ACP100反应堆控制棒驱动线抗震试验，对反应堆控制棒驱动线进行了全面的抗震试验研究，获得了完整的试验数据，为该堆的安全评审提供了准确而真实的依据；

5、本发明不仅适用于控制棒驱动线，而且还适用于其它同类型细长结构的抗震试验；本发明结构简单、安装便利、便于操作。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中法兰组件的结构示意图。

图3为本发明中刚性筒体结构示意图。

图4为本发明中弹簧板解耦机构的结构示意图。

其中，图中附图标记对应的零部件名称为：

1－法兰，2－刚性筒体，3－过渡块，4－联接板，5－弹簧板解耦机构；

21－筒本体，22－圆法兰，23－手孔接管；

51-上法兰，52-下法兰，53-弹簧板，54-柔性管。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

多点激励抗震试验支承架，包括多个分别设置在试验件支撑点位置处且其结构与试验件支撑点处实际安装结构一致的法兰1，设置在法兰1上的过渡块3，以及通过过渡块3设置在法兰1上的联接板4，如图2所示。

本发明中由于法兰1位于试验件支撑点处，且法兰1的结构与试验件支撑点处实际安装结构一致，即，试验件与法兰1之间的安装方式与试验件在堆内的实际安装方式一致，因而保障了控制棒驱动线在本发明上的安装方式与实堆安装条件下一致。

通过联接板4的设置，有效将作动器或调节杆安装在其上，通过作动器与联接板4之间的连接，有效为抗震试验提供机械动力；通过调节杆与联接板4之间的连接，有效实现支承架与竖井实验装置的安装。

为了能同时实现多点水平横向和一点垂向联合加载的抗震试验用模拟，本发明在所述法兰1之间设置有用于将试验件放置在其内部的刚性筒体2。所述法兰1与刚性筒体2之间且位于法兰1同一侧的位置处均设置有弹簧板解耦机构5，如图1所示。

通过弹簧板解耦机构5依次将各段刚性筒体2与各个法兰1联接成整体，可以保障各振动输入点间的解耦，进而可以实现在各关联点处输入实际的地震运动。同时，该设置还可以实现采用垂向和横向两种加载方式模拟地震载荷；支承架的横向刚度也能满足现有激振器的性能要求。

本实施例中该多点激励抗震试验支承架的具体设计方法如下：

（1）根据试验件的具体情况，确定其在实际安装状态下支撑点的数量和位置；

（2）将试验件上各支撑点处的结构设置成与试验件支撑点处实际安装结构一致；

（3）根据各支撑点之间的距离设计刚性筒体，刚性筒体的内部用于容纳试验件和试验介质；

（4）在法兰与刚性筒体之间增加用于降低地震横向激振方向刚度的弹簧板解耦机构即可；

（5）将法兰、刚性筒体和弹簧板解耦机构连接为一体，构成支承架；

（6）为确保垂向地震载荷的有效输入，对支承架进行测试，保证其在垂向固有频率大于试验地震载荷的零周期截止频率；同时，应确保其结构处于稳定状态，且其应力水平处于许用范围，即其稳定性和强度均须满足试验要求。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例优化了弹簧板解耦机构5的具体结构，如图4所示，该弹簧板解耦机构5的具体设置方式如下：

所述弹簧板解耦机构5包括方形的上法兰51，方形的下法兰52，一端通过螺栓与上法兰51连接、另一端通过螺栓与下法兰52连接的弹簧板53，以及设置在上法兰51与下法兰52之间的柔性管54。

本实施例中，所述弹簧板解耦机构5中的弹簧板53数量为四个，分别设置在方形上法兰51和方形下法兰52相对两侧，如图4所示。

本实施例中上法兰51和下法兰52的设置，方便与刚性筒体2和法兰1连为一体；上下法兰均设置为方形，便于弹簧板53的安装固定；柔性管54的设置，其确保了解耦装置具备容纳试验介质的功能。

同时，通过弹簧板53以及弹簧板53与上下法兰之间的连接方式，该方式的设置便于分别调整水平横向和垂向刚度。即，当加工完成、总装后进行安装实测时，若调试效果不理想，载荷输入不能满足试验要求，则可以更换不同厚度的弹簧板，从而较方便地调整结构的水平向及垂向刚度。

实施例3

本实施例与实施例1或实施例2的区别在于，本实施例优化了刚性筒体2的具体结构，如图3所示，该刚性筒体2的具体设置方式如下：

所述刚性筒体2包括筒本体21、设置在筒本体21两端的圆法兰22、以及设置在筒本体21上的手孔接管23。

通过两端圆法兰22的设置，有效方便刚性筒体2与法兰1和弹簧板解耦机构5之间的连接，连接更加方便；同时，手孔接管23的设置有效便于相关测试导线的引出或位于其内下方的螺栓联接件紧固操作。

实施例4

因本发明适用于控制棒驱动线、以及其它同类型细长结构的抗震试验，本实施例以反应堆控制棒驱动线为例，详细描述了本发明的具体结构，具体设置方式如下。

本实施例中所述法兰1的数量为六个，刚性筒体2的数量为五个，弹簧板解耦机构5的数量为五个，所述法兰1、刚性筒体2和弹簧板解耦机构5之间通过螺栓固定连接，如图1所示。

本实施例中该法兰1、刚性筒体2和弹簧板解耦机构5从上至下的排列顺序为：堆顶法兰、第一弹簧板解耦机构、上部筒体、法兰组件上、第二弹簧板解耦机构、中筒体组件、法兰组件下、第三弹簧板解耦机构、支承板法兰、第四弹簧板解耦机构、导向组件段筒体、堆芯上板法兰、第五弹簧板解耦机构、下部筒体、堆芯下板法兰和底部支撑筒体。

本实施例中上述各部件之间均通过螺栓固为一体，上述各部件中的底部支撑筒体可以和底部垂向激振器的万向连轴节相连，还具备容纳试验介质的功能，且便于充排试验介质。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.多点激励抗震试验支承架，其特征在于：包括多个分别设置在试验件支撑点位置处且其结构与试验件支撑点处实际安装结构一致的法兰（1），设置在法兰（1）上的过渡块（3），以及通过过渡块（3）设置在法兰（1）上的联接板（4）。

2.根据权利要求1所述的多点激励抗震试验支承架，其特征在于：所述法兰（1）之间设置有用于将试验件放置在其内部的刚性筒体（2）。

3.根据权利要求2所述的多点激励抗震试验支承架，其特征在于：所述法兰（1）与刚性筒体（2）之间且位于法兰（1）同一侧的位置处均设置有弹簧板解耦机构（5）。

4.根据权利要求3所述的多点激励抗震试验支承架，其特征在于：所述弹簧板解耦机构（5）包括上法兰（51），下法兰（52），一端与上法兰（51）连接、另一端与下法兰（52）连接的弹簧板（53），以及设置在上法兰（51）与下法兰（52）之间的柔性管（54）。

5.根据权利要求4所述的多点激励抗震试验支承架，其特征在于：所述弹簧板（53）与上法兰（51）和下法兰（52）之间通过螺栓连接。

6.根据权利要求4所述的多点激励抗震试验支承架，其特征在于：所述上法兰（51）和下法兰（52）均为方形法兰；所述弹簧板解耦机构（5）中的弹簧板（53）数量为四个，分别设置在上法兰（51）和下法兰（52）相对两侧。

7.根据权利要求2所述的多点激励抗震试验支承架，其特征在于：所述刚性筒体（2）包括筒本体（21）、设置在筒本体（21）两端的圆法兰（22）、以及设置在筒本体（21）上的手孔接管（23）。

8.根据权利要求3～6任一项所述的多点激励抗震试验支承架，其特征在于：所述法兰（1）的数量为六个，刚性筒体（2）的数量为五个，弹簧板解耦机构（5）的数量为五个；其从上至下的排列顺序为堆顶法兰、第一弹簧板解耦机构、上部筒体、法兰组件上、第二弹簧板解耦机构、中筒体组件、法兰组件下、第三弹簧板解耦机构、支承板法兰、第四弹簧板解耦机构、导向组件段筒体、堆芯上板法兰、第五弹簧板解耦机构、下部筒体、堆芯下板法兰和底部支撑筒体。

9.根据权利要求8所述的多点激励抗震试验支承架，其特征在于：所述法兰（1）、刚性筒体（2）和弹簧板解耦机构（5）之间通过螺栓固定连接。

10.多点激励抗震试验支承架的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据试验件的具体情况，确定其在实际安装状态下支撑点的数量和位置；

（2）将试验件上各支撑点处的结构设置成与试验件支撑点处实际安装结构一致；

（3）根据各支撑点之间的距离设计刚性筒体，刚性筒体的内部用于容纳试验件和试验介质；

（4）在法兰与刚性筒体之间增加用于降低地震横向激振方向刚度的弹簧板解耦机构即可。