85. Расчеты объектов атомной энергетики в ПК ЛИРА 10 | Заметки эксперта ПК ЛИРА 10

85. Расчеты объектов атомной энергетики в ПК ЛИРА 10

85. Расчеты объектов атомной энергетики в ПК ЛИРА 10

Основные объекты в сфере атомной энергетики:

  • Атомные электростанции (АЭС) – это объекты, которые генерируют электроэнергию, как действующие, так и находящиеся в процессе строительства. К ним относятся, например, Балаковская, Курская и Нововоронежская АЭС.

  • Ядерные объекты включают в себя реакторы АЭС, исследовательские реакторы и комплексы, предназначенные для переработки ядерного топлива.

  • Объекты для размещения ядерных материалов, облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС) и радиоактивных отходов (РАО).

  • Предприятия ядерного топливного цикла, куда входят горно-химические комбинаты, заводы, занимающиеся обогащением урана, и фабрики по производству топлива.

  • Суда, оснащенные атомной энергетикой, включают в себя атомные ледоколы, подводные лодки и корабли с ядерными реакторами.

Проектирование строительных объектов в сфере атомной энергетики связано с рядом усложняющих факторов. Так, в отличие от других зданий и сооружений промышленного и гражданского строительства, при расчетном обосновании надежности сооружений атомной энергетики предъявляются дополнительные требования в области атомной и радиационной безопасности в соответствии с различными требованиями МАГАТЭ и внутренними документами РФ, регулируемыми ФБУ «НТЦ ЯРБ» - уполномоченного органа государственного регулирования безопасности при использовании атомной энергии.

Существуют также и дополнительные требования к проектировщикам и программному обеспечению:

  • Программное обеспечение должно быть аттестовано в ФБУ «НТЦ ЯРБ»;

  • Проектировщики, осуществляющие расчетное обоснование таких объектов, должны быть обучены аттестованными разработчиками программных комплексов. Компании, в которых работают такие сотрудники, должны быть включены в аттестационные паспорта [1].

Основные базовые расчеты объектов атомной энергетики практически ничем не отличаются от расчетов зданий и сооружений из других отраслей. Это расчеты, регламентируемые СП 20.13330.2016 [2]:

  • Статические расчеты на постоянные и длительные нагрузки - вес конструкций и оборудования;

  • Статические и динамические расчеты на кратковременные нагрузки снеговые, ветровые и температурные климатические воздействия;

  • Особые случаи нагрузок, такие как сейсмические или аварийные нагрузки и воздействия.

Важной отличительной особенностью основного статического расчета объектов атомной энергетики является наличие особых требований ко второму предельному состоянию, в частности к трещинообразованию: объекты хранения радиоактивных и других опасных материалов должны быть спроектированы таким образом, чтобы была исключена возможность образования трещин в том числе и при особых воздействиях. В связи с этим, пользователь ПК ЛИРА 10 должен выставить определенную комбинацию режимов расчета, которая почти всегда не используются при расчетах зданий и сооружений из других отраслей:

Рис. 1 Параметры конструктивного расчета, исключающего образование трещин

После выполнения основных типовых расчетов объекты атомной энергетики должны быть рассчитаны на особые нагрузки и воздействия, объем которых зависит от назначения объекта:

  • Сейсмические воздействия уровня ПЗ и МРЗ [3];

  • Воздействие экстремальных климатических температур;

  • Воздействие экстремальных снегопадов и снегозапасов;

  • Воздействие аварийных температур;

  • Воздействие ударной воздушной волны;

  • Ураганный ветер;

  • Смерч;

  • Взрывные воздействия;

  • Падение самолета;

  • Динамические воздействия, возникающие при разрыве трубопроводов

  • и др.

Рассмотрим одно из особых воздействий – удар падающего самолета по защитной оболочке реактора АЭС:

Рис. 2 Расчетная модель защитной оболочки ядерного реактора АЭС

Для расчета строительных конструкций на динамическое воздействие от падающего самолета в ПК ЛИРА 10 реализован модуль Динамика+. Продолжительность и амплитуда воздействия будет зависеть от множества факторов [4], для некоторых самолетов воздействие будет выглядеть следующим образом:

Рис. 3 Графики динамической нагрузки от падающих самолетов

При проведении аттестации ПК ЛИРА 10 [5] был выполнен расчет защитной оболочки реактора на воздействие падающего военного самолета Phantom RF-4E:

Рис. 4 График динамической нагрузки от самолета Phantom RF-4E

При решении задачи в динамике во времени пользователю доступен анализ ускорений, скоростей и перемещений в каждый момент времени, то же касается и напряженного состояния:

Рис. 5 Графики ускорений, скоростей и перемещений

Рис. 6 Графики напряжений

Также, пользователь может проанализировать напряжения по сечению в каждый момент времени.

Верификационный тест, результаты расчета по которому приведены выше, можно скачать по ссылке.

Рассмотрим еще один вид динамического воздействия на объекты атомной энергетики – это взрывное воздействие. Различают два основных типа взрывов – детонационный и дефлаграционный [4, 6] (Рис.7):

Рис. 7 Графики взрывных воздействий

В ПК ЛИРА 10 можно задать как детонационный и дефлаграционный вид воздействия. Характер и амплитуда нагрузки зависят от следующих факторов [7]:

  • Удаленность объекта исследований от эпицентра взрыва;

  • Характер источника взрыва (что именно взорвалось и какого тротилового эквивалента);

  • На какую поверхность задается воздействие – фронтальная или тыльная сторона объекта (по аналогии с ветровыми воздействиями – наветренная или подветренная сторона)

На рис. 8-9 приведен пример задания взрывных воздействий в динамике во времени:

Рис. 8 Задание взрывного воздействия для тылового участка объекта исследований

Как видно из рис. 8 для тыловой части объекта воздействие задается не с начала момента интегрирования, а с неким запозданием, в отличие от фронтального участка (рис. 9):

Рис. 9 Задание взрывного воздействия для фронтального участка объекта исследований

В результатах расчета пользователь может проанализировать работу конструкций в том числе в нелинейной постановке:

Рис. 10 напряжения по сечению в момент времени t=0.708 сек.

По рис. 10 видно, что в ПК ЛИРА 10 можно проанализировать как напряжения, так и деформации в любой момент времени, при этом можно выключить основной или армирующий материал для удобства анализа мозаик.

Помимо расчета строительных конструкций для зданий и сооружений атомной промышленности важной задачей является сохранность оборудования. Для расчета креплений или опор под оборудование необходимо выполнять построение спектров ответа [8]. Если для определения поэтажных спектров ответа используется линейный спектральный метод, необходимо представить обоснование консерватизма этого метода по отношению к методу прямого интегрирования во времени. Также, должны быть приведены сведения о методах получения расчетных поэтажных спектров ответа (критерии получения огибающих, их сглаживания, расширения пиков) и методах определения расчетных поэтажных акселерограмм, соответствующих расчетным спектрам ответа.

Например, на некоторой отметке защитной оболочки реакторного отделения АЭС (рис. 11) требуется обеспечить надежность функционирования оборудования:

Рис. 11 Фрагмент расчетной модели защитной оболочки реакторного отделения АЭС

Для расчета креплений оборудования необходимо построить спектры ответа в местах расположения оборудования. Для этого ПК ЛИРА 10 может построить огибающую спектров реакции для всех выделенных узлов (рис. 12-13):

Рис. 12 Спектр реакции для затухания 1% от критического

Рис. 13 Спектр реакции для затухания 5% от критического

Выводы:

  1. Надежность строительных конструкций объектов в сфере атомной энергетики может быть обеспечена при использовании ПК ЛИРА 10

  2. В ПК ЛИРА 10 реализованы инструменты для основных видов расчета: статика, динамика и устойчивость

  3. Объекты атомной энергетики необходимо рассчитывать как в линейной, так и нелинейной постановке – В ПК ЛИРА 10 можно выполнять такие расчеты как в статической, так и в динамической постановке.

  4. Специализированные расчеты объектов атомной энергетики можно выполнять в ПК ЛИРА 10 с применением модулей: Динамика+, Монтаж, физическая и геометрическая нелинейность, Грунт, Вариация моделей, Сечения, Теплопроводность

  5. При обеспечении надежности крепления оборудования объектов атомной энергетики в ПК ЛИРА 10 есть возможность построения спектров реакции

  6. При выполнении расчетов стальных и железобетонных конструкций в ПК ЛИРА 10 реализована гибкая настройка параметров конструирования, позволяющая выполнять требования нормативных документов в области атомной энергетики

Список источников:

  1. Аттестационный паспорт программы для ЭВМ «ЛИРА 10» №538 от 28.12.2021

  2. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*

  3. НП-031-01 Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций

  4. Бирбраер А. Н. Экстремальные воздействия на сооружения / А.Н. Бирбраер, А.Ю. Роледер., СПб.: Издательство Политехнического университета, 2009, 594 с.

  5. Колесников А.В. Программный комплекс ЛИРА 10. Верификационный отчет. Том 2. Верификационные тесты, инвентарный номер 244288-2 от 02.12.2021, 435 с.

  6. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия /М.Ф. Барштейн, Н.М. Бородачев, Л.Х. Блюмина и пд.; Под ред. Б.Г. Коренева, И.М. Рабиновича. – М.: Стройиздат, 1981. – 215 с. – (Справочник проектировщика)

  7. Б.С. Расторгуев, А.И. Плотников, Д.З. Хуснутдинов Проектирование зданий и сооружений при аварийных взрывных воздействиях. Учебное пособие. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. – 152 с.

  8. НП-006-16. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии Требования к содержанию отчета по обоснованию безопасности блока атомной станции с реактором типа ВВЭР (Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 13 февраля 2017 г. N 53)

Автор статьи:

Колесников Алексей

Как вам материал?

Задать вопрос или обсудить заметку можно на нашем форуме

Перейти на форум
Новости
Публикации
Вебинары
30.04.2026

Новый релиз ПК ЛИРА 10 версия 2024 R3.2

Вышел новый релиз ПК ЛИРА 10 версия 2024 R3.2. В обновлении устранены выявленные ранее ошибки, а также реализован ряд улучшений, направленных на повышение стабильности и эффективности работы программного комплекса.

18.02.2026

EURO-ASIAN FORUM «SEISMO-2026»: ЛИРА софт выступит в Иркутске

10–12 марта 2026 года в Иркутске пройдет EURO-ASIAN FORUM «SEISMO-2026» — XVII Российская национальная конференция по сейсмической безопасности и снижению рисков бедствий. Форум объединит экспертов в области инженерной сейсмологии, проектирования и расчета конструкций в сейсмоопасных районах.

30.12.2025

Новый релиз ПК ЛИРА 10 версия 2024 R3.1

В преддверии Нового года мы подготовили для пользователей программного комплекса ЛИРА 10 подарок — новый релиз ПК ЛИРА 10 версия 2024 R3.1. Обновление уже доступно и станет хорошим завершением рабочего года, а для кого-то — удобной отправной точкой для проектов 2026 года.

12.02.2024

Информационное моделирование и проектирование многоэтажного жилого здания с использованием российского программного обеспечения

Выполнено формирование информационной модели многоэтажного жилого здания в BIM-системе Renga. Проведен экспорт модели и расчет конструктивной системы здания в ПК Лира 10.12. Представлены результаты моделирования и проектирования.

06.06.2019

Реализация модели контактного слоя при расчете адгезионного соединения с использованием метода конечных элементов

В большинстве опытов по испытанию адгезионных соединений измеряется средняя адгезионная прочность. Данная величина вычисляется как отношение разрушающей нагрузки к площади склейки. Подобный подход подразумевает …

06.02.2018

Оценка точности нелинейного статического метода анализа сейсмостойкости сооружений

В статье рассмотрено практическое применение методики нелинейного статического анализа сейсмостойкости зданий и сооружений. Произведен расчет одноэтажной стальной рамы нелинейным статическим и нелинейным динамическим методами. В результате анализа полученных результатов расчета показана значимость высших форм колебаний и необходимость анализа их влияния на реакцию системы.

Купить лицензию
ПК ЛИРА 10

Заявка на подбор
обучающего курса

Расчеты любой сложности в ПК ЛИРА 10