核安全级水工构筑物力学响应及桩基础适用性研究

摘要

核安全级构筑物在核电厂安全功能中起着重要的作用，对基础的不均匀变形特别敏感，通常安全级水工建筑物修建在完整性好且强度较高的岩质基础上，以保障其安全和稳定性。但是，对于纵向尺寸远远大于横断面尺寸的水工廊道而言，地基条件在其走线方向难免存在不均匀的现象。传统地基处理方案是采用自基岩回填素混凝土，这样的处理方式存在工程费用昂贵，工期长，设计过于保守。桩基是深基础的主要处理方案，能适应不均匀的地质条件，具有造价低、工期短等优点，在铁路、轻轨、高层等工业和民用建筑中得到了广泛的应用，但目前国内核电项目中尚未有将桩基应用于安全级构筑物的先例，本文将对核安全级水工廊道采用桩基础的适用性进行探讨。
　　本文基于ANSYS限元分析软件，对安全级水工廊道采用桩基的方案进行数值模拟，就场地条件、桩的几何尺寸和布置方式等影响桩-土-廊道体系的主因素，展开了静力分析和地震作用下的时程分析，有以下结论：
　　①在静力作用情况下，结构的变形很小，土体弹性模量对结构的反应影响最显著，在小于200Mpa时对桩身应力影响较大，大于200Mpa再增大弹性模量，有利作用不明显。
　　②对于浅埋深基岩的情况，在进行水平地震作用分析的时候，提出并验证了一个集中廊道质量到桩顶的简化分析模型，结果表明在柱中间增加一道横梁比增加横向桩数量效果显著。
　　③对于深埋深基岩的情况，利用等效板桩的方法将三维模型简化为二维平面应变模型，采用APDL编程在ANSYS中成功的实现了粘弹性人工边界，分析了在土体力学参数和桩的几何参数变化情况下桩顶部的水平位移反应，结果表明桩顶部水平位移反应可与自由场地面的位移反应取值相同。
　　④桩的设计可以利用自由场的分析结果，将自由场的最大位移反应值施加在桩身对应高度处，得到桩身内力。

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1 绪 论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 相关研究现状

1.3 本文依托工程概况

1.4 本文研究内容和技术路线

2 桩-土-廊道力学响应分析涉及到的若干问题

2.1 本构关系

2.2 有限单元法简介

2.3 运行安全地震震动作用下横向水平位移控制标准

3 静力作用下桩-土-廊道体系力学分析

3.1 计算模型

3.2 不同参数影响下的桩土相互作用效应

3.3 基础类型影响的廊道力学响应分析能分析

3.4 小结

4 地震作用下桩-土-廊道力学响应分析

4.1 地震波的选取

4.2 浅埋深基岩情况结构体系的动力响应

4.3 深埋深基岩的结构体系的动力响应

4.4 地震作用下的桩-土-廊道体系动力响应

4.5 与三维模型分析结果的对比

4.6 关于消除反射波的影响

4.7 小结

5 核安全级水工廊道抗震设计方法探论

5.1 桩的设计

5.2 廊道的设计

5.3 伸缩缝的设计

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献