核電站特種氣密防火門(mén)在風(fēng)致飛射物沖擊作用下安全性能研究

張文娜，錢(qián) 江

(同濟(jì)大學(xué) 土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

核電站特種氣密防火門(mén)在風(fēng)致飛射物沖擊作用下安全性能研究

張文娜，錢(qián) 江

(同濟(jì)大學(xué) 土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

采用LS-DYNA程序分析研究了某型核電站氣密防火門(mén)在龍卷風(fēng)及其飛射物沖擊荷載聯(lián)合作用下的動(dòng)力響應(yīng)。計(jì)算給出了氣密防火門(mén)在F4級(jí)龍卷風(fēng)及風(fēng)致飛射物作用下的沖擊力曲線、結(jié)構(gòu)變形和耗能情況，分析了沖擊過(guò)程的能量耗散機(jī)制，考察了沖擊位置對(duì)防火門(mén)響應(yīng)性態(tài)的影響，指出了門(mén)體抗飛射物沖擊設(shè)計(jì)和安全檢驗(yàn)的關(guān)鍵問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)飛射物撞擊位置不同對(duì)防火門(mén)的耗能機(jī)制和沖擊力曲線有一定的影響。

氣密防火門(mén);龍卷風(fēng);風(fēng)致飛射物;安全性能

龍卷風(fēng)雖然發(fā)生概率不大，但其一旦發(fā)生對(duì)建筑物的破壞作用相當(dāng)嚴(yán)重。核電站是重要的能源工程，目前大多建造于我國(guó)東南沿海地區(qū)，龍卷風(fēng)的破壞作用是設(shè)計(jì)中不得不考慮的一個(gè)因素。尤其對(duì)于外門(mén)窗這些薄弱部位?？过埦盹L(fēng)及飛射物的沖擊作用是結(jié)構(gòu)安全性的內(nèi)容之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從理論上、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬分析對(duì)龍卷風(fēng)進(jìn)行了一定的研究，為結(jié)構(gòu)抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。陳艾榮等[1]研究了龍卷風(fēng)對(duì)大跨徑斜拉橋的作用，基于準(zhǔn)定常理論提出了龍卷風(fēng)對(duì)橋梁主梁的作用模式。白俊峰等[2]進(jìn)行了龍卷風(fēng)作用下空間桁架的受力分析，結(jié)果顯示龍卷風(fēng)作用下桁架結(jié)構(gòu)的響應(yīng)同相同風(fēng)速自然風(fēng)作用下的響應(yīng)很相近。湯卓等[3]采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法研究了核電站常規(guī)島主廠房的龍卷風(fēng)荷載，提出了封閉結(jié)構(gòu)龍卷風(fēng)荷載的計(jì)算方法。唐飛燕等[4]進(jìn)行了龍卷風(fēng)場(chǎng)中沙粒對(duì)結(jié)構(gòu)沖擊作用的研究，發(fā)現(xiàn)沙粒對(duì)結(jié)構(gòu)的作用不可忽視。國(guó)外學(xué)者SHETTY等[5-7]對(duì)夾層玻璃在風(fēng)荷載及其飛射物共同作用下行為、失效、損傷進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬分析。ZHOU等[8]對(duì)由碳纖維加強(qiáng)混合聚合物-基體復(fù)合材料保護(hù)的新型風(fēng)暴安全房屋系統(tǒng)進(jìn)行了龍卷風(fēng)飛射物沖擊性能試驗(yàn)與理論分析研究。LI等[9]對(duì)龍卷風(fēng)飛射物作用下的管道設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提出了單自由度非線性分析模型。

目前對(duì)于核電站抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)的處理方法是從結(jié)構(gòu)變形的角度將沖擊荷載等效為靜荷載。沖擊荷載下結(jié)構(gòu)響應(yīng)由整體效應(yīng)和局部效應(yīng)兩部分構(gòu)成，采用等效靜荷載設(shè)計(jì)，實(shí)際上默認(rèn)整體效應(yīng)起主要作用，而不能真實(shí)的反映結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下的局部效應(yīng)。本文采用LS-DYNA建立核電站防火門(mén)有限元模型，分析研究了核電站氣密防火門(mén)在龍卷風(fēng)及其飛射物的聯(lián)合作用下的響應(yīng)及破壞特征，重點(diǎn)關(guān)注沖擊作用下門(mén)體的局部破壞特征，以期為結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)提供參考。

1 典型氣密防火門(mén)結(jié)構(gòu)和荷載概況

1.1 結(jié)構(gòu)特征概述及主要參數(shù)

某型特種氣密防火門(mén)主尺寸為1 080 mm×2 160 mm×300 mm(寬×高×厚)。氣密防火門(mén)門(mén)扇骨架采用160 mm×80 mm×5 mm方通拼焊成型，門(mén)扇內(nèi)外面板采用10 mm鋼板制作，面板與骨架內(nèi)填防火門(mén)芯。防火門(mén)門(mén)框鋼板為建筑結(jié)構(gòu)墻體預(yù)埋件。防火門(mén)關(guān)閉時(shí)，其左側(cè)兩付鉸鏈及右側(cè)三組壓緊扣栓形成門(mén)體的固定邊界約束，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖1。

圖1 防火門(mén)結(jié)構(gòu)圖(mm)Fig.1 Structure diagram of fire door(mm)

1.2 龍卷風(fēng)荷載和飛射物的沖擊荷載選取

某核電站工程廠址設(shè)計(jì)可能發(fā)生的龍卷風(fēng)為富士達(dá)F4級(jí)，上限最大風(fēng)速為116 m/s，旋轉(zhuǎn)半徑為138 m，最大大氣壓降為10.1 kPa。龍卷風(fēng)導(dǎo)致的飛射物分為：重型軟飛射物和輕型硬飛射物，后者更容易導(dǎo)致局部破壞。

龍卷風(fēng)荷載需要分別考慮風(fēng)壓荷載、差壓荷載和飛射物沖擊荷載三種效應(yīng)，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合。本文取龍卷風(fēng)風(fēng)壓與沖擊荷載共同作用。對(duì)于風(fēng)壓荷載和差壓荷載依據(jù)我國(guó)相關(guān)核電站設(shè)計(jì)規(guī)范EJ/T420—1989取值[10]。風(fēng)壓荷載取值如下所示：

根據(jù)核電站設(shè)計(jì)規(guī)范給出的龍卷風(fēng)飛射物設(shè)計(jì)譜，本文中考慮的風(fēng)致飛射物為40號(hào)鋼管，此類飛射物順軸向高速撞擊門(mén)體時(shí)有可能穿透門(mén)板破壞氣密性。鋼管外徑為0.168m，壁厚為0.007 1m，長(zhǎng)度為4.58m，質(zhì)量為130kg，飛射物撞擊速度根據(jù)EJ/T420—1989標(biāo)準(zhǔn)和RG1.76規(guī)則[11]綜合考慮取上限值為41m/s。

2 有限元模型及參數(shù)

2.1 單元類型及邊界條件

本文采用LS-DYNA建立有限元模型，門(mén)扇骨架及面板均采用Shell163殼體單元模擬，防火門(mén)芯板采用實(shí)體單元solid164。在網(wǎng)格劃分過(guò)程中，網(wǎng)格尺寸不超過(guò)30mm,結(jié)構(gòu)模型共劃分殼單元39 058個(gè)，實(shí)體單元15 472個(gè)，防火門(mén)共43 487節(jié)點(diǎn)。飛射物采用Shell163殼體單元，共劃分單元5 000個(gè)，5 025節(jié)點(diǎn)。通過(guò)約束門(mén)扇左側(cè)2付碳鋼防火鉸鏈的X,Y,Z三個(gè)方向的平動(dòng)自由度和X,Y方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，以及門(mén)扇右側(cè)三組壓緊扣栓的Y方向的平動(dòng)自由度來(lái)模擬門(mén)扇與門(mén)框的連接。單開(kāi)氣密防火門(mén)有限元模型如圖2所示。

護(hù)罩和扣板

骨架

門(mén)芯

前后門(mén)面板

圖2 防火門(mén)有限元模型

Fig.2 Finite element model of fire door

2.2 接觸方式及共節(jié)點(diǎn)連接方式

在進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，飛射物與防火門(mén)沖擊部位的距離全部取為5 mm，以防止發(fā)生初始穿透。LS-DYNA程序中提供了單面接觸、點(diǎn)面接觸和面面接觸三種接觸處理算法，本文采用單面接觸來(lái)模擬飛射物與防火門(mén)之間的作用?？紤]到風(fēng)致飛射物運(yùn)動(dòng)速度不是很高，沖擊動(dòng)能較低，一般不足以貫穿門(mén)體，而防火門(mén)雙側(cè)面板間的填充芯材常態(tài)下應(yīng)處于壓實(shí)狀態(tài)，受撞擊時(shí)，其行為將類似于密閉容器中的流體，可以在側(cè)壁間傳遞撞擊力，同時(shí)隨側(cè)壁一起協(xié)調(diào)變形。據(jù)此，在防火門(mén)有限元模型中，門(mén)扇骨架與面板采用的殼單元與防火門(mén)芯實(shí)體單元共用節(jié)點(diǎn)。

2.3 材料參數(shù)及設(shè)置

氣密防火門(mén)面板、骨架、門(mén)扇扣板和后護(hù)罩采用Q235B鋼板，防火門(mén)芯材為膨脹珍珠巖。LS-DYNA程序中提供了多種可以模擬鋼材在沖擊荷載下非線性行為的材料模型。本文中防火門(mén)采用塑性隨動(dòng)強(qiáng)化模型，該模型包括等向強(qiáng)化、隨動(dòng)強(qiáng)化以及兩者的結(jié)合模型，且與應(yīng)變率相關(guān)。應(yīng)變率通過(guò)Cowper-Symonds模型來(lái)考慮，該模型能夠利用依賴于應(yīng)變率的參數(shù)來(lái)確定屈服應(yīng)力，其動(dòng)態(tài)屈服函數(shù)為

(1)

表1 鋼材材料參數(shù)Tab.1 Material properties of steel

對(duì)于珍珠巖材料的研究較少，本文依據(jù)美國(guó)學(xué)者STEVENS[12]對(duì)外包珍珠巖保溫層鋼管的試驗(yàn)研究結(jié)果[12]，采用Soil and Foam材料單元模擬珍珠巖保溫層，假定了一條壓強(qiáng)與應(yīng)變的關(guān)系曲線，如圖3所示，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證，表明該材料模型與假定曲線可以滿足工程計(jì)算需求。珍珠巖保溫層其它材料參數(shù),見(jiàn)表2。

圖3 珍珠巖壓強(qiáng)-體應(yīng)變曲線Fig.3 Pressure versus volumetric strain for perlite

表2 珍珠巖防火門(mén)芯材料參數(shù)Tab.2 Material properties of perlite door core board

數(shù)值模擬過(guò)程中鋼管采用LS-DYNA程序中提供的*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY材料，其材料參數(shù),如表3所示。

3 結(jié)果分析

對(duì)防火門(mén)在龍卷風(fēng)和飛射物沖擊荷載共同作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行模擬分析，對(duì)防火門(mén)的變形、能量變化和沖擊力時(shí)程曲線情況進(jìn)行討論，并分析了不同撞擊位置對(duì)防火門(mén)抗龍卷風(fēng)性能的影響。

表3 鋼管材料參數(shù)Tab.3 Material properties of steel

3.1 氣密防火門(mén)在龍卷風(fēng)及其飛射物作用下響應(yīng)特點(diǎn)

圖4給出了門(mén)面板、骨架、門(mén)扇扣板槽型框和門(mén)后罩在不同時(shí)刻的有效塑性應(yīng)變。從圖5中可以看出，在龍卷風(fēng)和飛射物共同作用下，門(mén)面板的沖擊區(qū)域首先產(chǎn)生塑性變形，隨著沖擊響應(yīng)的進(jìn)行，塑性變形區(qū)域逐漸向四周擴(kuò)大，且最大塑性變形出現(xiàn)在沖擊點(diǎn)，其最大值達(dá)到0.156，但尚未達(dá)到鋼材的斷裂應(yīng)變。同時(shí)可看出骨架最先出現(xiàn)塑性變形的位置是離撞擊點(diǎn)最近的兩縱向骨架梁，然后塑性區(qū)域逐漸增大，最大值達(dá)到0.147。門(mén)扇扣板槽型框比門(mén)面板、骨架晚出現(xiàn)塑性應(yīng)變，在1 ms時(shí)發(fā)生塑性應(yīng)變，塑性應(yīng)變集中出現(xiàn)在中間縱向梁端處，隨著沖擊響應(yīng)的進(jìn)行，其塑性區(qū)域變化不大，但是其最大塑性應(yīng)變值增大?？梢钥闯鲩T(mén)罩出現(xiàn)塑性應(yīng)變的時(shí)間最遲，塑性應(yīng)變集中防火門(mén)透視窗下邊緣處，且其值比門(mén)面板塑性應(yīng)變小的多。通過(guò)上述分析可知，在龍卷風(fēng)及其飛射物作用下防護(hù)門(mén)盡管已經(jīng)有了一定的塑形變形，但沒(méi)有達(dá)到破壞的程度，因此可以認(rèn)為該防火門(mén)在設(shè)計(jì)荷載下是安全的。

圖5給出了防火門(mén)在龍卷風(fēng)和風(fēng)致飛射物作用下的能量時(shí)程曲線，從圖中可以看出，在鋼管飛射物與防火門(mén)接觸前，系統(tǒng)的總動(dòng)能最大，在撞擊開(kāi)始后整個(gè)系統(tǒng)總動(dòng)能迅速下降，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)能迅速增大，這是由于飛射物撞擊防火門(mén)前系統(tǒng)的動(dòng)能主要由飛射物提供，撞擊后其動(dòng)能轉(zhuǎn)移到門(mén)結(jié)構(gòu)上，迅速轉(zhuǎn)化為防火門(mén)變形能，在大約4.13 ms時(shí)，系統(tǒng)中動(dòng)能和內(nèi)能轉(zhuǎn)換達(dá)到最大值。在碰撞過(guò)程中系統(tǒng)的總能量曲線是守恒的，且沙漏能占內(nèi)能的比例非常小，說(shuō)明沙漏控制很好，數(shù)值模擬結(jié)果是可靠的。

圖6給出了防火門(mén)各部件吸收的內(nèi)能情況，從圖中可以看出門(mén)面板吸收的內(nèi)能最大達(dá)到56.4 kJ,其次是骨架消耗內(nèi)能為41.4 kJ，門(mén)扇和骨架消耗內(nèi)能占總能量的87%，而門(mén)芯、槽型框和門(mén)罩吸收少量的能量，在沖擊過(guò)程中主要是門(mén)面板和骨架變形來(lái)消耗飛射物的沖擊動(dòng)能。

圖7給出了飛射物撞擊防火門(mén)中心點(diǎn)的沖擊力曲線?？梢钥闯觯涸阡摴茱w射物與門(mén)面板接觸的瞬間，二者之間的接觸力急劇上升并達(dá)到?jīng)_擊力峰值，此時(shí)飛射物一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成門(mén)面板的變形能，被沖擊區(qū)域變形加速，導(dǎo)致飛射物和門(mén)面板產(chǎn)生短暫分離趨勢(shì)，沖擊力迅速衰減。接著，飛射物慣性驅(qū)動(dòng)使其與門(mén)面板二次密接，沖擊力再次迅速上升并達(dá)到峰值。在2 ms時(shí)，飛射物與門(mén)面板再次出現(xiàn)短暫分離趨勢(shì)，沖擊力回落，出現(xiàn)了一個(gè)明顯的波谷值。最終，飛射物與門(mén)板同步運(yùn)動(dòng)，沖擊力達(dá)到峰值，然后進(jìn)入卸載階段，沖擊力迅速下降，直至系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)停止。

圖4 不同時(shí)刻門(mén)扇、骨架槽型框和門(mén)罩有效塑性應(yīng)變圖Fig.4 The effective plastic strain of door panel, frame, gusset plate and shield at different time

圖5 能量變化Fig.5 Energy change

圖6 防火門(mén)各個(gè)部件吸收內(nèi)能Fig.6 Internal energy absorption of fire door components

圖7 沖擊力曲線Fig.7 Impact curve

3.2 不同沖擊位置對(duì)氣密防火門(mén)抗撞性能的影響

分析了四種不同位置的工況，位置如圖8所示。討論了各不同工況下沖擊力、撞擊點(diǎn)位移和有效塑性應(yīng)變、門(mén)面板和骨架能量消耗的變化。

圖8 沖擊位置示意圖Fig.8 Impact locations

圖9給出飛射物撞擊防火門(mén)不同位置時(shí)的沖擊力時(shí)程曲線，可以看出隨撞擊點(diǎn)位置的不同，存在2種比較典型的響應(yīng)特征：撞擊點(diǎn)位于格構(gòu)物填充物外層的門(mén)面板上時(shí)，如位置1和2，沖擊力時(shí)程具有比較明顯的三角形脈沖特征；而當(dāng)撞擊點(diǎn)位于防火門(mén)骨架上時(shí)，如位置3和4，沖擊力時(shí)程顯示出矩形脈沖的特征。其機(jī)理與撞擊點(diǎn)局部相對(duì)剛度有關(guān)：當(dāng)撞擊點(diǎn)局部剛度較小，如無(wú)龍骨的門(mén)面板上，撞擊后易于發(fā)生變形，撞擊處的抵抗力是逐漸增加的，隨著變形的增加，抵抗力也同步增長(zhǎng)達(dá)到其峰值，形成近似的三角形時(shí)變特征。而當(dāng)撞擊點(diǎn)局部剛度較大，如骨架處，其變形較小，抵抗力迅速達(dá)到峰值，碰撞體動(dòng)能全部為門(mén)體吸收轉(zhuǎn)換為變形能后，撞擊過(guò)程結(jié)束，形成近似矩形時(shí)變特征。沖擊力時(shí)程曲線中均存在瞬時(shí)的低谷，說(shuō)明此時(shí)門(mén)體受撞擊點(diǎn)與飛射物有脫離接觸的趨勢(shì)，導(dǎo)致接觸力迅速減小，其后飛射物具有的慣性維持二者同步變形，直至運(yùn)動(dòng)停止。

(a) 沖擊位置1和2時(shí)沖擊力曲線

(b) 沖擊位置3和4時(shí)沖擊力曲線

前文分析中可知，在沖擊過(guò)程中主要是靠門(mén)板和骨架消耗沖擊動(dòng)能，鋼管撞擊防火門(mén)不同位置時(shí)門(mén)板和骨架內(nèi)能時(shí)程曲線如圖10和11所示，鋼管撞擊防火門(mén)位置2時(shí)，門(mén)板的內(nèi)能最大，約占總能量的50%，此時(shí)骨架內(nèi)能相應(yīng)最小，約占總能量的40%。撞擊位置為3時(shí)，門(mén)板的內(nèi)能最小，約占總能量的30%，骨架內(nèi)能最大，約占總能量的60%。這可能是由于位置2時(shí)鋼管不直接撞擊骨架，動(dòng)能主要靠門(mén)板的變形來(lái)消耗，而位置3是靠近門(mén)邊框的骨架位置，其約束及剛度相對(duì)最大，因此門(mén)板變形相對(duì)小得多，主要靠骨架變形消耗動(dòng)能。通過(guò)以上分析可以看出，飛射物的撞擊位置對(duì)防火門(mén)構(gòu)件的耗能機(jī)制有一定的影響，但是不會(huì)影響在龍卷風(fēng)及其飛射物作用下防火門(mén)靠門(mén)板和骨架變形消耗動(dòng)能的耗能機(jī)制。

圖12給出了撞擊區(qū)域內(nèi)門(mén)扇最大位移時(shí)間歷程曲線，圖中顯示鋼管撞擊在防火門(mén)門(mén)角處，即撞擊位置1時(shí)產(chǎn)生了最大位移達(dá)到約90 mm，同時(shí)骨架產(chǎn)生較大變形，其他撞擊位置時(shí)最大位移約為60 mm，說(shuō)明防火門(mén)門(mén)角位置容易產(chǎn)生破壞。圖13給出了撞擊區(qū)域門(mén)板的有效塑性應(yīng)變時(shí)間歷程曲線，鋼材的塑性應(yīng)變達(dá)到一定值會(huì)斷裂而破壞，一般工程中取鋼材斷裂應(yīng)變?yōu)?.2，從圖13中可以看出，盡管門(mén)板發(fā)生了一定的塑形應(yīng)變，但四種沖擊位置下防火門(mén)都沒(méi)有達(dá)到斷裂應(yīng)變，滿足了防火門(mén)能夠抵擋飛射物穿透的要求，飛射物在沖擊位置1時(shí)防火門(mén)最容易產(chǎn)生斷裂穿透破壞。

圖10 不同沖擊位置下門(mén)面板內(nèi)能Fig.10 Internal energy of door panel at different locations

圖11 不同沖擊位置下骨架內(nèi)能Fig.11 Internal energy of door frame at different locations

圖12 撞擊點(diǎn)Y向位移時(shí)間歷程曲線Fig.12 Y-displacement time history curve of impact point

上述結(jié)果表明:最不利撞擊位置似乎與撞擊處的整體抗變形能力負(fù)相關(guān)，而與該處局部剛度正相關(guān)。即，較容易產(chǎn)生整體變形的部位，撞擊過(guò)程的能量耗散主要由結(jié)構(gòu)整體吸收，如門(mén)體中心部位，不一定是抗沖擊薄弱部位；而門(mén)體周邊及四角格構(gòu)中心處，整體抗變形能較強(qiáng)，而局部門(mén)面板僅由填充物支撐，剛度小，易變形，撞擊過(guò)程的能量耗散主要由撞擊點(diǎn)局部材料吸收，反而更為不利。

圖13 撞擊點(diǎn)有效塑性應(yīng)變時(shí)間歷程曲線Fig.13 Effective plastic strain time history curve of impact point

4 結(jié) 論

本文對(duì)于防火門(mén)在龍卷風(fēng)及其飛射物的沖擊荷載共同作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析。分析了沖擊位置對(duì)防火門(mén)的抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)的影響，通過(guò)對(duì)結(jié)果分析得出以下結(jié)論：

(1) 在富士達(dá)F4級(jí)龍卷風(fēng)及其風(fēng)致飛射物作用下，防火門(mén)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊區(qū)局部變形，但是未出現(xiàn)斷裂破壞，防火門(mén)的變形主要是由于沖擊荷載造成，龍卷風(fēng)風(fēng)壓對(duì)其影響相對(duì)來(lái)說(shuō)很小，可以認(rèn)為在設(shè)計(jì)荷載下，該防火門(mén)是安全的。

(2) 不同的沖擊位置對(duì)于沖擊力形狀和峰值有一定的影響，沖擊點(diǎn)局部剛度越大，沖擊力峰值也越大。

(3) 最不利撞擊位置似乎與撞擊處的整體抗變形能力負(fù)相關(guān)，而與該處局部剛度正相關(guān)。即，較容易產(chǎn)生整體變形的部位，撞擊過(guò)程的能量耗散主要由結(jié)構(gòu)整體吸收，如門(mén)體中心部位，不一定是抗擊薄弱部位；而門(mén)體周邊及四角格構(gòu)中心處，整體抗變形能較強(qiáng)，而局部門(mén)面板僅由填充物支撐，剛度小，易變形，撞擊過(guò)程的能量耗散主要由撞擊點(diǎn)局部材料吸收，反而更為不利。此結(jié)論對(duì)門(mén)體結(jié)構(gòu)抗沖擊設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)有一定參考意義。

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Safety performance of a special airtight anti-fire door for nuclear power station subjected to windborne debris impact

ZHANG Wenna, QIAN Jiang

(State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)

Dynamic response analysis of a special airtight anti-fire door for nuclear power plant subjected to the combined action of tornado and windborne debris impact was conducted by using the software LS-DYNA.Impact curves, structural deformation and energy dissipation of the door under F4 rank tornado and its windborne debris impact were simulated.Energy dissipation mechanism in impact process was analyzed.Thereafter, a parametric study was performed to investigate the effects of impact locations on the safety performance of the door.The key problems in windborne debris impact resistant design and safety inspection of the door were pointed out.It was shown that the energy dissipation mechanism and the impact curves are influenced by impact locations of windborne debris to a certain extent.

airtight anti-fire door; tornado; windborne debris; safety performance

科技部國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(SLDRCE15-B-06)；國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目(91315301-4)

2015-08-17 修改稿收到日期：2016-02-20

張文娜 女，博士生，1988年2月生

錢(qián)江 男，博士，教授，1960年1月生

TU352.1

A

10.13465/j.cnki.jvs.2017.05.035