CN112560177A - 一种改进反应谱激发响应合成的抗震特性仿真计算方法 - Google Patents

Abstract

一种改进反应谱激发响应合成的抗震特性仿真计算方法，属于抗震设计与安全性能评估分析技术领域。其计算步骤包括不同地震动荷载下对应阻尼系数的反应谱包络与插值计算；三维实体几何模型建立；结点组、接触面组设置；载荷组合与工况；边界约束与载荷施加；网格划分与独立性检验；仿真计算与响应合成；评定准则与结果评估；连接处螺栓或焊缝校核。本发明采用空间三个正交分量同时激发响应合成体现为模型任意位置的同时同位置响应组合，使得最大结构响应更为合理，对总计算结果评定更为保守，储备系数及可靠性更高，实现了绿色计算，可快速有效地完成大批量抗震特性计算，便于制造供应商及时采取相应改进或防患措施，提高抗震安全性能评估的准确性。

Description

一种改进反应谱激发响应合成的抗震特性仿真计算方法

技术领域

本发明属于抗震设计与安全性能评估分析技术领域，具体涉及一种改进反应谱激发响应合成的抗震特性仿真计算方法。

背景技术

核电起重机械是核电厂物项的重要组成部分，主要用于核电厂内吊运高危险品或载荷、其它设备的吊装运输等，如反应堆厂房核环吊、燃料装卸起重机、乏燃料容器或乏燃料水池起重机等，不仅具有特定的安装位置和专用功能，而且具有相应的安全分级和抗震要求，属于抗震Ⅰ类物项范畴，应能够承受OBE(操作基准地震)和SSE(安全停堆地震)地震动荷载，以确保其在极限地震作用下保持极高安全可靠性。核电厂在遇到重大的地震事件时，其总体应对能力仍不足，如2011年发生在东部海域的里氏9级地震，导致了福岛第一核电站核泄漏事故，事故等级达到最严重的7级，与切尔诺贝利核电站同级。作为近邻，我国对此次核事故表示关切，不但加强了核安全检查，而且为核电厂后续改进行动编制了指导性文件，进一步对抗震设计与安全性能评估提出了更为苛刻的要求。因此，核电起重机械在设计制造与交付安装时，除了需要依据相关规范或技术要求外，还需进行必要的抗震特性计算以及相应安全性能评估。

不同国家的核电起重机械抗震设计规范或方法是不同的，即使相同或相似，在具体使用过程中也存在明显差异，如美国国家标准ANSI/ASME NOG-1-2004《核电厂用桥式和门式起重机制造标准》、中国国家标准GB/T 3811-2008《起重机设计规范》、中国核行业标准NB/T 20234-2013《核电厂专用起重机设计准则》等，而且均未明确指出考虑地震载荷时核电起重机械应具体适用的计算方法。2015年，专利号为201510072241.1的《校核核电起重机械抗震特性的仿真计算方法》，对比分析了已公开文献的不足，完善了载荷组合工况、响应分析合成方法等，提出了一种可用于工程测评的仿真计算方法，但采用反应谱各分量逐一激发响应合成进行仿真分析的计算工作量大、计算时间长、高能耗，不能满足当今绿色计算的发展要求，尤其在大批量40t以下核电厂起重机械的抗震特性计算中，如何保质保量完成抗震特性计算要求及安全性能评估，直接关系到制造供应商的交付期限与核电厂的建设周期。

发明内容

本发明目的是提供一种改进反应谱激发响应合成的抗震特性仿真计算方法，能够快速、有效、精确地按照抗震计算要求和条件计算出各载荷工况下核电起重机械的抗震特性，既能满足绿色计算的发展趋势，又能保证抗震计算及安全性能评估的准确性；从节能降耗和精益增效的角度，既有助于及时发现核电起重机械抗震性能的不足，以采取相应的改进或防患措施，提高其安全可靠性，又可缩短产品制造与改进周期，实现如期交付，进而保证核电厂的建设周期。

本发明是这样实现的：如图1所示，基于分别采用反应谱各分量逐一激发响应合成和空间三个正交分量同时激发响应合成的仿真计算结果对比与分析验证，根据抗震计算要求和条件，提供一种改进的核电起重机械抗震特性仿真计算方法，其特征在于包括不同地震动荷载下对应阻尼系数的反应谱包络与插值计算，三维实体几何模型建立，结点组、接触面组设置，载荷组合与工况，边界约束与载荷施加，网格划分与独立性检验，仿真计算与响应合成，评定准则与结果评估，连接处螺栓或焊缝校核；计算步骤如下：

A、不同地震动荷载下对应阻尼系数的反应谱包络与插值计算步骤为：

A-1，确定反应谱文件：根据制造供应商提供的起重机械设备图纸及其在核电厂中的特定安装位置图，确定抗震计算分析所需的楼层反应谱文件；

A-2，确定产生起重机械设备地震响应激发点：根据起重机械设备的埋件接口图，将设备与基建连接处确定为地震响应激发点，由此该位置的标高即为反应谱激励标高；

A-3，确定用于反应谱包络与插值计算的反应谱曲线：通常设备的激励标高反应谱，一般不会在楼层反应谱文件中直接提取到，需根据反应谱激励标高，在楼层反应谱文件中确定用于包络与插值计算的两条毗邻反应谱曲线；

A-4，对应阻尼比下反应谱包络计算：根据核电厂技术规格书中确定的抗震计算要求，运行安全地震动，即SL-1阻尼比为2％，极限安全地震动，即SL-2阻尼比为4％；同一地震动类型、同一空间分量方向的相应阻尼比条件下，采用对数插值分别对两条毗邻反应谱曲线进行频率包络计算，保证激励标高反应谱插值计算的频率完整性；

A-5，对应阻尼比下激励标高反应谱插值计算：根据频率包络计算后的两条毗邻反应谱曲线，采用线性插值得到对应阻尼比下设备激励标高的反应谱；同理，根据A-4和A-5，可依次分别得到各地震动类型、所有空间分量方向、对应阻尼比下设备激励标高的反应谱；

A-6，谱值适应性修正：根据楼层反应谱文件中的厂址楼层反应谱计算时采用的地震动输入差异，由厂址设计基准地震动参数，即不同地震水平下空间各分量方向上的地面峰值加速度，对设备激励标高的反应谱数值进行适应性修正，即谱值修正；若采用的地震动输入无差异，则不需修正；

B、三维实体几何模型建立为：

B-1，核电起重机主要由机械部分、金属结构和电气部分等组成，其中金属结构包括主梁、端梁、大车或小车轨道、吊点(指支撑结构或预埋板)、车架等，机械部分主要包括小车或葫芦，电气部分主要指驱动系统、控制电器、电缆等；其三维实体几何模型建立时，在不影响计算结果的基础上，为减少计算量，不予考虑与抗震计算不相干的零部件，如电气部分、司机室、大小车运行机构等，以及一些无关紧要的特征或细节，如手扶栏杆等；

B-2，建模质量设置：除小车或葫芦外，整机质量按照线质量加载，小车或葫芦质量按集中力加载；建模时考虑了忽略不必要零部件等引起的偏差，不超出实际建模的2％，用于计算的实际建模质量为图纸标注质量的1.5倍；

B-3，建模单元类型设置：根据相应的边界条件采用不同的单元类型，即采用实体单元、壳单元、杆粱单元等的组合形式以更为接近实际情况，其中轨道、支撑结构或预埋板等采用局部细化后的实体单元，主梁、端梁等采用壳单元，钢丝绳采用杆粱单元；

B-4，建模方向与实际方向一致：所建立的三维实体几何模型与其在核电厂中的实际安装位置一致，各分量反应谱的实际加载方向与建模方向也将一一对应；

B-5，零部件材料属性设置：根据图纸材料明细表，设置或选择各零部件的材料属性，主要参数包括弹性模量E、泊松比μ、质量密度ρ、屈服强度σ_s、抗拉强度σ_b等，其中屈服强度需根据厚度设置为最小值，抗拉强度设置为最小值；

C、结点组、接触面组设置为：

C-1，40t以下轻小型核电起重机械的抗震计算要求：核电厂技术规格书中认定的抗震计算要求为空载、静止、停在驻车位置；

C-2，结点组设置：模型主梁的两自由端设置为接点；

C-3，接触面组设置：小车或葫芦停放在轨道极限位置，将简化的质量块连接到驻车位置，连接方式为接触面构成一致对；支撑结构与主梁或端梁的连接方式为接触面构成一致对；默认零部件接触为接和的全局接触；

D、载荷组合与工况为：

D-1，载荷组合：核电起重机械抗震计算的载荷状态由静态载荷和动态载荷组成；静态载荷根据最不利最危险原则或具体要求确定，为常规静力学计算工况；动态载荷为SL-1或SL-2的动态激励荷载；

D-2，工况一：驻车位置空载，荷载值为SR₁；

D-3，工况二：SL-1、驻车位置空载、空间三个正交分量同时激发响应合成，荷载值为SR₂；

D-4，工况三：SL-2、驻车位置空载、空间三个正交分量同时激发响应合成，荷载值为SR₃；

E、边界约束与载荷施加为：

E-1，约束设置：各个吊点的上表面限制X、Y、Z三个方向的平移自由度；大车、小车或葫芦轮轨按车轮情况进行耦合边界设置；

E-2，载荷施加：静力计算时，添加引力，设置为1.5g，其中g＝9.81m/s²，设置小车或葫芦为分布质量，若考虑额定满载工况，钢丝绳上端部与小车或葫芦连接部位为铰接设置，钢丝绳下端部设置分布质量为额定起重量；反应谱分析计算时，根据SL-1和SL-2分别设置空间三个正交分量同时激发响应合成，各分量方向乘法因子均为1；

F、网格划分与独立性检验为：

F-1，网格划分：可自定义网格大小，或选择相应的网格尺度，如粗糙、常规、细化等；

F-2，网格独立性检验：选择不同的网格尺度，对比分析网格疏密对计算结果的影响，当计算结果的误差在0.5％范围时，确定网格疏密划分的最小尺度，完成独立性检验，保证仿真结果的可靠性；

G、仿真计算与响应合成为：

G-1，静力分析计算：建立静应力分析算例，提取仿真结果包括应力、位移和连接处反作用力，其中应力分为轴向和折弯应力及扭转应力，位移分为X、Y、Z向位移；

G-2，反应谱分析计算：分别建立SL-1和SL-2响应波谱分析算例，提取仿真结果包括模型自振频率、应力和连接处反作用力，其中应力分为轴向和折弯应力及扭转应力；

G-3，模态振型和固有频率：模态分析至少200阶模态，保证空间各分量方向上参与质量均达到95％左右；

G-4，模态组合方法：当模态频率不密集或非耦联振型时，采用平方和的平方根(SRSS)方法组合；当模态频率密集或耦联振型时，采用完全二次项组合(CQC)方法组合；

G-5，响应合成方法：静态载荷和动态载荷下的结构反应，采用绝对值之和(ABS)处理，且各载荷情况下的合应力，按平方和的平方根(SRSS)进行合成；总计算结果为静态响应和动态响应的叠加，最大结构反应分别为SR_max＝SR₁+SR₂(SL-1)、SR_max＝SR₁+SR₃(SL-2)；

H、评定准则与结果评估为：

H-1，静态响应评定准则：应力值

竖直分量方向的位移

S为有效跨度；

H-2，抗震特性评定准则：应力值

σ＜σ_s(SL-2)；

H-3，结果评估：响应合成后的连接处的反作用力，用于连接处螺栓或焊缝的校核；地震情况下的位移为瞬时变形，不对其进行评估，位移响应值也仅供参考；小车或葫芦在SL-1和SL-2地震作用下，不倾翻、不上抛；

I、连接处螺栓或焊缝校核为：

I-1，求解反作用力：根据最不利载荷计算原则，取响应合成后的连接处各分量方向上的最大反作用力，作为求解反作用力；

I-2，应力计算与校核：应力计算包括拉应力σ和切应力τ；对于焊缝校核，根据《起重机设计手册》技术指标，焊缝屈服应力[τ_w]取值160MPa，校核准则为：σ或τ≤[τ_w]；对于螺栓校核，根据GB/T 5782或5783-2008 8.8级技术指标，螺栓屈服应力σ_s取值460MPa，校核准则为：σ≤σ_s/1.25、τ≤σ_s/2.5。

本发明优点及积极效果是：

①相比于反应谱各分量逐一激发响应合成，空间三个正交分量同时激发响应合成的得到的结构响应值，不仅可直接按照SRSS方法得到合成后的计算结果，而且体现为模型任意位置的同时同位置响应组合，使得最大结构反应更为合理。

②实际地震破坏时，地震波不可能同时出现，纵波先到，对结构构件造成上下颠簸，模型强度体现为轴向和折弯应力；横波后到，对结构构件造成水平晃动，模型强度体现为扭转；空间三个正交分量同时激发响应合成得到的最大结构响应，对总计算结果的评定更为保守，可靠性更高。

因此，本发明基于Solidworks Simulation 2018专业软件提出的一种改进反应谱激发响应合成的抗震特性仿真计算方法，既达到了绿色计算的目的，也提高了核电起重机械抗震特性仿真计算结果的储备系数，可快速、有效地完成抗震特性仿真计算，便于制造供应商及时采取相应的改进或防患措施，进一步提高了核电起重机械抗震安全性能评估的准确性。

附图说明

图1为本发明反应谱空间三个正交分量同时激发响应合成的改进流程图；

图2为某压水堆核电机组反应堆外围电气厂房电动单轨起重机三维几何模型图；

图3为供货边界和连接型式示意图；

图4为SL-1下阻尼比为2％水平X方向两条毗邻反应谱曲线频率包络计算图；

图5为SL-1下阻尼比为2％激励标高水平X方向加速度反应谱图；

图6为驻车位置空载轴向和折弯应力图；

图7为驻车位置空载扭转应力图；

图8为驻车位置空载X向位移图；

图9为驻车位置空载Y向位移图；

图10为驻车位置空载Z向位移图；

图11为驻车位置空载连接处反作用力图；

图12为起重机整机模型的自振频率图；

图13为SL-1驻车位置空载空间三个正交分量同时激发响应合成的轴向和折弯应力图；

图14为SL-1驻车位置空载空间三个正交分量同时激发响应合成的扭转应力图；

图15为SL-1驻车位置空载空间三个正交分量同时激发响应合成的连接处反作用力图；

图16为SL-2驻车位置空载空间三个正交分量同时激发响应合成的轴向和折弯应力图；

图17为SL-2驻车位置空载空间三个正交分量同时激发响应合成的扭转应力图；

图18为SL-2驻车位置空载空间三个正交分量同时激发响应合成的连接处反作用力图；

图中标号：1-预埋板，2-主梁，3-小车包含葫芦的简化质量块，4-角焊缝。

具体实施方式

为清楚地解释本发明提供的抗震特性仿真计算方法，结合具体的工程实例及附图，对本发明作出详细说明。某压水堆核电机组反应堆外围电气厂房电动单轨起重机，如图2所示，相关参数为：额定起重量Q＝3t；主梁为25a工字钢，尺寸规格250mm×116mm×8mm；起升高度H＝3.315m，吊钩上极限位置距主梁底部距离为685mm；跨度S＝6.2m；小车包含葫芦自重72kg；整机重量312kg；吊点连接型式如图3所示。

计算步骤如下：

A、不同地震动荷载下对应阻尼系数的反应谱包络与插值计算步骤为：

A-1，根据制造供应商提供的起重机械设备图纸及其在核电厂中的特定安装位置图，确定抗震计算分析所需的楼层反应谱文件为《LX电气厂房楼层反应谱》；

A-2，根据起重机械设备的埋件接口图，确定产生起重机械设备地震响应激发点位置的反应谱激励标高为-8.25m；

A-3，根据反应谱激励标高，确定用于反应谱包络与插值计算的两条毗邻反应谱曲线分别为-12.5m和-7.75m；

A-4，采用对数插值分别对两条毗邻反应谱曲线进行频率包络计算，如图4所示，图中方黑点为-12.5m反应谱曲线频率包络计算值，圆黑点为-7.75m反应谱曲线频率包络计算值，保证了激励标高反应谱插值计算的频率完整性；

A-5，根据图4所示的SL-1下阻尼比为2％水平X方向频率包络计算后的两条毗邻反应谱曲线，采用线性插值，得到SL-1对应阻尼比下水平X方向设备激励标高的反应谱，如图5所示；同理，根据A-4和A-5，可依次分别得到阻尼比2％(SL-1)下水平Y方向、竖直Z方向，以及阻尼比4％(SL-2)下水平X方向、水平Y方向、竖直Z方向设备激励标高的反应谱，此处不再赘述；

A-6，本例中楼层反应谱文件中的厂址楼层反应谱计算时采用的地震动输入无差异，不需进行谱值适应性修正；

谱值适应性修正，可参见专利号为：201510072241.1的授权发明专利。

B、三维实体几何模型建立为：

B-1，根据核电厂接口文件包中确认的起重机接口图，该核电起重机在三维实体几何模型建立时，主要组成部分包括预埋板1、主梁2和小车包含葫芦的简化质量块3，如图2所示，根据核电厂技术规格书中认定的抗震计算要求，钢丝绳在本例中可不予建模；

B-2，除小车或葫芦外，整机质量按照线质量加载，小车或葫芦质量按集中力加载；建模时考虑了忽略不必要零部件等引起的偏差，不超出实际建模的2％，用于计算的实际建模质量为图纸标注质量的1.5倍，即整机质量为468kg，小车包含葫芦自重为108kg；

B-3，根据相应的边界条件采用不同的单元类型，即采用实体单元、壳单元、杆粱单元等的组合形式以更为接近实际情况，其中预埋板采用局部细化后的实体单元，主梁设置为基于连续体的壳单元；

B-4，所建立的三维实体几何模型与其在核电厂中的实际安装位置一致，各分量反应谱的实际加载方向与建模方向也将一一对应；

B-5，根据图纸材料明细表，设置或选择各零部件的材料属性，采用材料Q235B(GB/T 700-2006)，弹性模量E＝206000N/mm²，泊松比μ＝0.3，密度ρ＝7850kg/m³，屈服强度σ_s＝235MPa(厚度≤16mm)，抗拉强度σ_b＝370～500MPa(取370MPa)。

C、结点组、接触面组设置为：

C-1，40t以下轻小型核电起重机械的抗震计算要求：核电厂技术规格书中认定的抗震计算要求为空载、静止、停在驻车位置；

C-2，设置结点组，即将模型主梁的两自由端设置为接点；

C-3，将小车包含葫芦的简化质量块停放在轨道极限位置，设置连接方式为接触面构成一致对；预埋板与主梁的连接方式为接触面构成一致对；默认零部件接触为接和的全局接触。

D、载荷组合与工况为：

D-1，载荷组合：核电起重机械抗震计算的载荷状态由静态载荷和动态载荷组成；静态载荷根据最不利最危险原则或具体要求确定，为常规静力学计算工况；动态载荷为SL-1或SL-2的动态激励荷载；表1为载荷组合与工况。

表1

工况	载荷情况	荷载值
			1	驻车位置空载	SR<sub>1</sub>
2	SL-1、驻车位置空载、空间X、Y、Z三个方向同时激发响应合成	SR<sub>2</sub>
			3	SL-2、驻车位置空载、空间X、Y、Z三个方向同时激发响应合成	SR<sub>3</sub>

E、边界约束与载荷施加为：

E-1，设置约束：各个吊点的上表面限制X、Y、Z三个方向的平移自由度；本例不涉及大车、小车或葫芦轮轨边界设置；

E-2，载荷施加：静力计算时，添加引力，设置为1.5g，其中g＝9.81m/s²，设置小车包含葫芦的简化质量块为分布质量，本例不涉及额定满载工况，无需对钢丝绳上端部进行铰接设置、以及下端部分布质量(额定起重量)添加；反应谱分析计算时，根据SL-1和SL-2分别设置空间三个正交分量同时激发响应合成，各分量方向乘法因子均为1。

F、网格划分与独立性检验为：

F-1，本例至少选择5种网格尺度，为粗糙、常规、细化、较细、极细，进行网格划分；

F-2，对比分析5种网格尺度下网格疏密对计算结果的影响，当网格尺度设置为细化及以上时，计算结果的误差在0.5％范围内，完成了独立性检验，保证了仿真结果的可靠性。

G、仿真计算与响应合成为：

G-1，建立静应力分析算例，提取仿真结果包括应力、位移和连接处反作用力，其中轴向和折弯应力如图6所示，扭转应力如图7所示，X、Y、Z向位移分别如图8、图9、图10所示，连接处反作用力如图11所示；

G-2，分别建立SL-1和SL-2响应波谱分析算例，提取仿真结果包括模型自振频率、应力和连接处反作用力，其中起重机整机模型的自振频率如图12所示；SL-1下：轴向和折弯应力如图13所示，扭转应力如图14所示，连接处反作用力如图15所示；SL-2下：轴向和折弯应力如图16所示，扭转应力如图17所示，连接处反作用力如图18所示；

G-3，图12中模态分析截取200阶模态，保证空间各分量方向上参与质量均达到了95％左右；

G-4，图12中模态频率不密集，故采用平方和的平方根(SRSS)方法组合；

G-5，静态载荷和动态载荷下的结构反应，采用绝对值之和(ABS)处理，且各载荷情况下的合应力按平方和的平方根(SRSS)进行合成；表2所示为静态载荷下起重机驻车位置空载有限元计算结果，表3所示为动态载荷下起重机驻车位置空载X、Y、Z三个方向同时激发响应合成的有限元计算结果。

表2

表3

总计算结果为静态响应和动态响应的叠加，最大结构反应分别为SR_max＝SR₁+SR₂(SL-1)、SR_max＝SR₁+SR₃(SL-2)。

H、评定准则与结果评估为：

H-1，静态响应评定准则：应力值

竖直分量方向的位移

S为有效跨度；表4所示为静态响应的应力和位移评定。

表4

H-2，抗震特性评定准则：应力值

σ＜σ_s(SL-2)；表5所示为动态响应SL-1和SL-2下的应力评定和连接处反作用力。

表5

H-3，结果评估：响应合成后的连接处的反作用力，用于连接处螺栓或焊缝的校核；地震情况下的位移为瞬时变形，不对其进行评估，位移响应值也仅供参考；核电起重机械设计的小车或葫芦结构均含有防倾翻安全挡板及止挡销装置，在起重设备设计过程中已属成熟设计，且针对40t以下轻小型核电起重机械的抗震计算要求，可保证小车或葫芦在SL-1和SL-2地震作用下，不倾翻、不上抛。

I、连接处螺栓或焊缝校核为：

I-1，根据最不利载荷计算原则，取表5中响应合成后的连接处各分量方向上的最大反作用力，作为求解反作用力；

I-2，对于焊缝校核，根据《起重机设计手册》技术指标，角焊缝屈服应力[τ_w]取值160MPa，校核准则为：σ或τ≤[τ_w]；表6所示为焊缝许用应力，表中：对于E43焊条σ_w＝430Mpa；对于E50焊条σ_w＝500Mpa，故屈服应力[τ_w]取值160MPa；表7所示为应力计算与校核结果，根据接口图确定，焊缝参数为计算长度(每条焊缝端部减去5mm，即实际长度减去10mm)580mm，较小的焊脚尺寸h_f＝6mm。

表6

表7

对于螺栓校核，根据GB/T 5782或5783-2008 8.8级技术指标，螺栓屈服应力σ_s取值460MPa，校核准则为：σ≤σ_s/1.25、τ≤σ_s/2.5；表8为螺栓许用应力，表中：对8.8级基础许用应力[σ]一般取0.6或0.8*0.91屈服应力(不考虑安全系数)，故屈服应力σ_s取值460MPa；根据《起重机设计手册》，安全系数S正常工况取1.48，极端工况取1.22，故许用拉应力安全系数S可取值为1.25；当连接处采用螺栓时，据此进行应力计算与校核。

表8

至此，对于本发明提出的一种改进反应谱激发响应合成的抗震特性仿真计算方法用于此工程实例的解释说明结束，最大结构反应更为合理，总抗震计算结果评定更为保守，可靠性更高，提高了其抗震校核的储备系数，可快速、有效地完成大批量40t以下核电厂起重机械的抗震特性计算，实现了绿色计算的目的，便于制造供应商及时采取相应的改进或防患措施，进一步提高了抗震安全性能评估的准确性。

补充说明：

以上内容仅为本发明的一个具体工程实例描述，不同专用功能的核电起重机械，其抗震计算要求和条件存在一定差异，对于本领域的工程技术人员，依据本发明的具体实施方式及应用范围，在载荷组合与工况、评定准则等方面均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种改进反应谱激发响应合成的抗震特性仿真计算方法，其特征在于包括不同地震动荷载下对应阻尼系数的反应谱包络与插值计算，三维实体几何模型建立，结点组、接触面组设置，载荷组合与工况，边界约束与载荷施加，网格划分与独立性检验，仿真计算与响应合成，评定准则与结果评估，连接处螺栓或焊缝校核；计算步骤如下：

A、不同地震动荷载下对应阻尼系数的反应谱包络与插值计算步骤为：

A-1，确定反应谱文件：根据制造供应商提供的起重机械设备图纸及其在核电厂中的特定安装位置图，确定抗震计算分析所需的楼层反应谱文件；

A-2，确定产生起重机械设备地震响应激发点：根据起重机械设备的埋件接口图，将设备与基建连接处确定为地震响应激发点，由此该位置的标高即为反应谱激励标高；

A-3，确定用于反应谱包络与插值计算的反应谱曲线：根据反应谱激励标高，在楼层反应谱文件中确定用于包络与插值计算的两条毗邻反应谱曲线；

A-4，对应阻尼比下反应谱包络计算：根据核电厂技术规格书中确定的抗震计算要求，运行安全地震动，即SL-1阻尼比为2％，极限安全地震动，即SL-2阻尼比为4％；同一地震动类型、同一空间分量方向的相应阻尼比条件下，采用对数插值分别对两条毗邻反应谱曲线进行频率包络计算，保证激励标高反应谱插值计算的频率完整性；

A-5，对应阻尼比下激励标高反应谱插值计算：根据频率包络计算后的两条毗邻反应谱曲线，采用线性插值得到对应阻尼比下设备激励标高的反应谱；同理，根据A-4和A-5，可依次分别得到各地震动类型、所有空间分量方向、对应阻尼比下设备激励标高的反应谱；

A-6，谱值适应性修正：根据楼层反应谱文件中的厂址楼层反应谱计算时采用的地震动输入差异，由厂址设计基准地震动参数，即不同地震水平下空间各分量方向上的地面峰值加速度，对设备激励标高的反应谱数值进行适应性修正，即谱值修正；若采用的地震动输入无差异，则不需修正；

B、三维实体几何模型建立为：

B-1，核电起重机三维实体几何模型建立时，在不影响计算结果的基础上，为减少计算量，不予考虑与抗震计算不相干的零部件，以及一些无关紧要的特征或细节等；

B-2，建模质量设置：除小车或葫芦外，整机质量按照线质量加载，小车或葫芦质量按集中力加载；建模时考虑了忽略不必要零部件等引起的偏差，不超出实际建模的2％，用于计算的实际建模质量为图纸标注质量的1.5倍；

B-3，建模单元类型设置：根据相应的边界条件采用不同的单元类型，即采用实体单元、壳单元、杆粱单元等的组合形式以更为接近实际情况，其中轨道、支撑结构或预埋板等采用局部细化后的实体单元，主梁、端梁等采用壳单元，钢丝绳采用杆粱单元；

B-4，建模方向与实际方向一致：所建立的三维实体几何模型与其在核电厂中的实际安装位置一致，各分量反应谱的实际加载方向与建模方向也将一一对应；

B-5，零部件材料属性设置：根据图纸材料明细表，设置或选择各零部件的材料属性，主要参数包括弹性模量E、泊松比μ、质量密度ρ、屈服强度σ_s、抗拉强度σ_b等，其中屈服强度需根据厚度设置为最小值，抗拉强度设置为最小值；

C、结点组、接触面组设置为：

C-1，40t以下轻小型核电起重机械的抗震计算要求：核电厂技术规格书中认定的抗震计算要求为空载、静止、停在驻车位置；

C-2，结点组设置：模型主梁的两自由端设置为接点；

C-3，接触面组设置：小车或葫芦停放在轨道极限位置，将简化的质量块连接到驻车位置，连接方式为接触面构成一致对；支撑结构与主梁或端梁的连接方式为接触面构成一致对；默认零部件接触为接和的全局接触；

D、载荷组合与工况为：

D-1，载荷组合：核电起重机械抗震计算的载荷状态由静态载荷和动态载荷组成；静态载荷根据最不利最危险原则或具体要求确定，为常规静力学计算工况；动态载荷为SL-1或SL-2的动态激励荷载；

D-2，工况一：驻车位置空载，荷载值为SR₁；

D-3，工况二：SL-1、驻车位置空载、空间三个正交分量同时激发响应合成，荷载值为SR₂；

D-4，工况三：SL-2、驻车位置空载、空间三个正交分量同时激发响应合成，荷载值为SR₃；

E、边界约束与载荷施加为：

E-1，约束设置：各个吊点的上表面限制X、Y、Z三个方向的平移自由度；大车、小车或葫芦轮轨按车轮情况进行耦合边界设置；

E-2，载荷施加：静力计算时，添加引力，设置为1.5g，其中g＝9.81m/s²，设置小车或葫芦为分布质量，若考虑额定满载工况，钢丝绳上端部与小车或葫芦连接部位为铰接设置，钢丝绳下端部设置分布质量为额定起重量；反应谱分析计算时，根据SL-1和SL-2分别设置空间三个正交分量同时激发响应合成，各分量方向乘法因子均为1；

F、网格划分与独立性检验为：

F-1，网格划分：可自定义网格大小，或选择相应的网格尺度，如粗糙、常规、细化等；

F-2，网格独立性检验：选择不同的网格尺度，对比分析网格疏密对计算结果的影响，当计算结果的误差在0.5％范围时，确定网格疏密划分的最小尺度，完成独立性检验，保证仿真结果的可靠性；

G、仿真计算与响应合成为：

G-1，静力分析计算：建立静应力分析算例，提取仿真结果包括应力、位移和连接处反作用力，其中应力分为轴向和折弯应力及扭转应力，位移分为X、Y、Z向位移；

G-2，反应谱分析计算：分别建立SL-1和SL-2响应波谱分析算例，提取仿真结果包括模型自振频率、应力和连接处反作用力，其中应力分为轴向和折弯应力及扭转应力；

G-3，模态振型和固有频率：模态分析至少200阶模态，保证空间各分量方向上参与质量均达到95％左右；

G-4，模态组合方法：当模态频率不密集或非耦联振型时，采用平方和的平方根(SRSS)方法组合；当模态频率密集或耦联振型时，采用完全二次项组合(CQC)方法组合；

G-5，响应合成方法：静态载荷和动态载荷下的结构反应，采用绝对值之和(ABS)处理，且各载荷情况下的合应力，按平方和的平方根(SRSS)进行合成；总计算结果为静态响应和动态响应的叠加，最大结构反应分别为SR_max＝SR₁+SR₂(SL-1)、SR_max＝SR₁+SR₃(SL-2)；

H、评定准则与结果评估为：

H-1，静态响应评定准则：应力值

竖直分量方向的位移

S为有效跨度；

H-2，抗震特性评定准则：应力值

H-3，结果评估：响应合成后的连接处的反作用力，用于连接处螺栓或焊缝的校核；地震情况下的位移为瞬时变形，不对其进行评估，位移响应值也仅供参考；小车或葫芦在SL-1和SL-2地震作用下，不倾翻、不上抛；

I、连接处螺栓或焊缝校核为：

I-1，求解反作用力：根据最不利载荷计算原则，取响应合成后的连接处各分量方向上的最大反作用力，作为求解反作用力；

I-2，应力计算与校核：应力计算包括拉应力σ和切应力τ；对于焊缝校核，根据《起重机设计手册》技术指标，焊缝屈服应力[τ_w]取值160MPa，校核准则为：σ或τ≤[τ_w]；对于螺栓校核，根据GB/T 5782或5783-2008 8.8级技术指标，螺栓屈服应力σ_s取值460MPa，校核准则为：σ≤σ_s/1.25、τ≤σ_s/2.5。

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