CN113793703B - 一种安全壳的外挂撞击防护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种安全壳的外挂撞击防护结构，包括设置在安全壳表面的预埋连接件、外挂防护板，外挂防护板通过干挂方法连接成整体设置在预埋连接件的表面。本发明的技术方案施工速度快，通过干挂预制板即可完成；造价低，维护方便；可以保证冲击、火灾作用下安全壳的结构安全。
Description
技术领域
本发明属于核安全防护技术领域，尤其涉及一种核反应堆安全壳防护飞机、导弹、龙卷风飞射物等外部撞击的结构。
背景技术
核反应堆安全壳是反应堆应对设计事故和严重事故的最后一道屏障，用以控制和限制放射性物质的扩散从而保护公众安全。各种类型的撞击作用是安全壳设计和运行中需要考虑的外部事件。我国《核动力厂设计安全规定》(HAF102-2016)中指出，设计必须适当考虑内部危险，比如火灾、爆炸、水淹、飞射物、结构倒塌和重物坠落、管道甩击、喷射流冲击、以及来自破损系统或现场其他设施的流体释放(5.1.5.4)。此外，NB/T 20105-2012《核电厂厂房设计荷载规范》、NB/T 20303-2014《压水堆核电厂预应力混凝土安全壳设计规范》中均指出：结构设计时需要考虑飞机、龙卷风飞射物等的冲击作用。美国ASME规范体系和法国RCC规范体系也要求考虑龙卷风飞射物、飞机撞击结构产生的冲击荷载。因此，需要保证安全壳在外部冲击荷载作用下的结构安全。
公开号为CN112064794A的中国专利公开了一种安全壳的防护结构及安全壳防护系统，公开了一种由防护件和缓冲件组成的安全壳防护结构。其中防护件设于安全壳之外，由钢材制成，用于抵御外部撞击物；缓冲件为气囊，包括第一气囊(空气)和第二气囊(氮气、惰性气体)，设于防护件和安全壳之间，用于降低撞击速度、减小冲击力和防止火灾蔓延。
公开号为CN110043099A的中国专利公开了一种在安全壳外单独设置钢筋混凝土外壳的安全壳防护结构，公开号为CN208122396U的中国专利公开了一种在厂房外部设置弧形结构墙体的安全壳防护结构。这两种方法均通过外壳或外部墙体防护外部撞击作用。
现有技术存在如下技术问题：1)采用高强钢制备的钢制防护架以及采用高韧性、高弹性、不可燃的低渗透率材料制备的气囊造价高，维护难度高，且气囊减振耗能的效率和可靠性都很低。2)采用双壳或异形墙体不仅造价高昂，而且会导致安全壳及其防护结构占地面积大，增大贯穿件等设备的设计难度。同时，提高了核岛内物项布置的距墙间距和位置要求，降低了布置灵活度。此外，还不能有效抵御燃油带来的风险。
发明内容
针对安全壳撞击防护的需求，本发明提出一种外挂防护结构，具体技术方案如下：一种安全壳的外挂撞击防护结构，包括设置在安全壳外表面的预埋连接件、外挂防护板，所述外挂防护板设置在所述预埋连接件的表面。
进一步地，所述外挂防护板的厚度满足：
其中，f为安全壳所受冲击力，根据实际安全壳的承载力确定；m和v分别为外部冲击物的质量和冲击速度；h为外挂防护板板厚。
进一步地，所述外挂防护板通过干挂方法连接成整体。
进一步地，所述外挂防护板为无机多孔材料制成。
进一步地，所述外挂防护板采用蒸压加气混凝土、泡沫混凝土、多孔陶瓷或泡沫铝。
进一步地，在所述外挂防护板外部包裹纤维布或铝板形成夹心复合板。
进一步地，所述预埋连接件为插板挂件，所述插板挂件包括弯板与插板，其中，所述弯板预埋于安全壳外表面，连接安全壳与所述插板，所述插板连接所述弯板与所述外挂防护板。
进一步地，所述预埋连接件为背栓挂件，所述背栓挂件包括槽钢、角钢、铝合金连接组件及背栓，其中，所述槽钢预埋连接于安全壳外表面，与所述角钢连接，所述铝合金连接组件连接所述外挂防护板与所述角钢，所述背栓设置在所述外挂防护板背面用于固定所述外挂防护板。
本发明的有益效果在于：
1.本发明施工速度快，通过干挂外挂防护板即可完成；
2.本发明造价低，维护方便；
3.本发明可以保证冲击、火灾作用下安全壳的结构安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是插板挂件的结构示意图；
图3是背栓挂件的结构示意图；
图4有无减振材料时冲击力时程曲线对比；
图5不同冲击速度下泡沫混凝土冲击力时程曲线；
图6不同外挂防护板厚度时冲击力时程曲线。
附图标号说明：
1-预埋连接件；2-外挂防护板；3-安全壳；4-周边厂房结构；5-弯板；6-插板；7-槽钢；8-角钢；9-铝合金连接组件；10-背栓。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-3所示，一种安全壳的外挂撞击防护结构，其特征在于，包括设置在安全壳外表面的预埋连接件1、外挂防护板2，外挂防护板2设置在预埋连接件1的表面。当冲击发生后，通过更换、拆除受损的外挂防护板2即可快速完成防护结构的安装，保证安全壳的结构安全。
在一些实施方式中，外挂防护板2的厚度满足：
其中，f为安全壳所受冲击力，根据实际安全壳的承载力确定，设计人员设计出安全壳后即能提供；m和v分别为外部冲击物的质量和冲击速度；h为外挂防护板板厚。
在一些实施方式中，外挂防护板2由无机多孔材料制成。无机多孔材料由于内部胞体的存在，具有较好的能量吸收特性，因而可以保证安全壳在外部冲击荷载作用下结构的安全。同时，胞体内的气体可以起到隔热的作用，从而降低由于燃油燃烧引起的火灾对安全壳的不利影响。当冲击发生后，通过更换受损的预制板件即可快速完成防护结构的安装，保证安全壳的结构安全。
能量吸收材料应具有以下原理：通过材料和结构变形所实现的能量转换应当是不可逆的；在冲击碰撞过程中，材料和结构要使得峰值反作用力应当保持低于引起损伤的阈值；能量吸收结构的反作用大小必须受到限制，并使之几乎为常数；能量吸收材料应当质量轻，具有高的比能量吸收，即单位重量的能量吸收能力。因此，本发明选用无机多孔材料制作外挂防护板2。
在一些实施方式中，外挂防护板2通过干挂方法连接成整体，降低施工难度，干挂方法可以参考中国规范《干挂饰面石材及其金属挂件》(JC830.1～830.2-2005)。
在一些实施方式中，外挂防护板2为蒸压加气混凝土、泡沫混凝土、多孔陶瓷或泡沫铝。
在一些实施方式中，在外挂防护板2外部包裹纤维布或铝板形成夹心复合板。
本发明的结构造价低，高温、高湿等严苛工作条件下环境稳定性高；施工、维护便捷；防护结构应能有效保证在外部冲击荷载作用下安全壳的结构安全；防护结构应能防止或降低由于商用大飞机撞击后引起的火灾对安全壳产生的不利影响；在可能的撞击事故发生后，防护结构应易于更换。
在一些实施方式中，预埋连接件1为插板挂件，插板挂件包括弯板5与插板6，其中，弯板5预埋于安全壳外表面，连接安全壳与插板6，插板6连接弯板5与外挂防护板2。
在一些实施方式中，预埋连接件1为背栓挂件，背栓挂件包括槽钢7、角钢8、铝合金连接组件9及背栓10，其中，槽钢7预埋连接于安全壳外表面，与角钢8连接，铝合金连接组件9连接外挂防护板2与角钢8，背栓10设置在外挂防护板2背面用于固定外挂防护板2。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体实施例对本发明的上述技术方案进行详细说明。
实施例1
外挂防护板采用蒸压加气混凝土制成，针对蒸压加气混凝土的缓冲、减振效果，本发明设计材料性能试验和缩尺试验进行对比，两种试验均采用落锤冲击试验装置完成。首先，针对材料性能，在有无减振材料——蒸压加气混凝土时的冲击力时程曲线见图4，可以看出，在加入蒸压加气混凝土作为缓冲、减振材料后，能够有效地降低冲击力峰值。
针对缩尺试验，对比在不同外挂防护板厚度时的冲击力时程曲线，如表1所示，可以看出，在这种工况下，外挂防护板厚度越厚，越有利于降低冲击力峰值。
表1冲击力峰值对比
随后，通过有限元模拟的方法分析在重物坠落工况下实际厂房中放置不同蒸压加气混凝土外挂防护板厚度时的响应情况。
厂房内某位置1处的分析结果见表2，表中汇总了外挂防护板周围侧墙、底部楼板的冲击力峰值及混凝土最大拉应变。通过分析看出，在放置外挂防护板后可以有效地降低侧墙以及楼板处的冲击力峰值以及混凝土拉应变，从而降低冲击对结构造成的损伤。
表2三种工况下位置1处结构响应对比
厂房内某位置2处的分析结果见表3，表中汇总了外挂防护板周围侧墙及底部楼板的冲击力峰值以及混凝土最大拉应变。通过分析看出，在放置防护板后可以有效地降低侧墙以及楼板处的冲击力峰值以及混凝土拉应变，从而降低冲击对结构造成的损伤。综合对比表2和表3中的数据看出，防护板厚度存在最优值，此时，对损伤的降低效果最好。但是当防护板厚度进一步提高时，又会提高冲击对结构造成的损伤。
表3三种工况下位置2处结构响应对比
实施例2
外挂防护板采用泡沫混凝土制成，针对泡沫混凝土的缓冲、减振效果，通过材料性能试验和缩尺试验进行对比。其中，材料性能试验结果见图5，可以看出，落锤冲击泡沫混凝土时，冲击力时程曲线表现出典型的多孔材料的特性，即冲击力较低而持续时间较长，具有较好的能量吸收能力。在此基础上，设计缩尺实验，并采用不同外挂防护板厚度进行对比(图6)。可以看出，采用泡沫混凝土作为外挂防护板也可以保证冲击力峰值较低而持续时间较长，从而提供缓冲、减振效果；并且厚度越厚，效果越明显。
实施例3
外挂防护板采用泡沫铝制成，针对泡沫铝的缓冲、减振效果，设计材料性能试验进行对比，对比结果见表4，当放置泡沫铝作为减振材料时，有利于降低冲击力峰值。
表4泡沫铝冲击试验结果
综上，采用无机多孔材料可以有效地降低冲击作用时的冲击力峰值，降低混凝土的拉应变发展。因此，可以采用无机多孔材料作为缓冲、外挂防护板以降低结构在冲击作用下的损伤，保证结构安全。
本发明的技术方案施工速度快，通过干挂预制板即可完成；造价低，维护方便；可以保证冲击、火灾作用下安全壳的结构安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种安全壳的外挂撞击防护结构，其特征在于，包括设置在安全壳外表面的预埋连接件(1)、外挂防护板(2)，所述外挂防护板(2)设置在所述预埋连接件(1)的表面；
所述外挂防护板(2)的厚度满足：
其中，f为安全壳所受冲击力，根据实际安全壳的承载力确定；m和v分别为外部冲击物的质量和冲击速度；h为外挂防护板板厚。
2.根据权利要求1所述的一种安全壳的外挂撞击防护结构，其特征在于，所述外挂防护板(2)为无机多孔材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种安全壳的外挂撞击防护结构，其特征在于，所述外挂防护板(2)通过干挂方法连接成整体。
4.根据权利要求2所述的一种安全壳的外挂撞击防护结构，其特征在于，所述外挂防护板(2)采用蒸压加气混凝土、泡沫混凝土、多孔陶瓷或泡沫铝。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种安全壳的外挂撞击防护结构，其特征在于，在所述外挂防护板(2)外部包裹纤维布或铝板形成夹心复合板。
6.根据权利要求1-4之一所述的一种安全壳的外挂撞击防护结构，其特征在于，所述预埋连接件(1)为插板挂件，所述插板挂件包括弯板(5)与插板(6)，其中，所述弯板(5)预埋于安全壳外表面，连接安全壳与所述插板(6)，所述插板(6)连接所述弯板(5)与所述外挂防护板(2)。
7.根据权利要求1-4之一所述的一种安全壳的外挂撞击防护结构，其特征在于，所述预埋连接件(1)为背栓挂件，所述背栓挂件包括槽钢(7)、角钢(8)、铝合金连接组件(9)及背栓(10)，其中，所述槽钢(7)预埋连接于安全壳外表面，与所述角钢(8)连接，所述铝合金连接组件(9)连接所述外挂防护板(2)与所述角钢(8)，所述背栓(10)设置在所述外挂防护板(2)背面用于固定所述外挂防护板(2)。
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