本发明涉及核电厂设计领域和核乏燃料处理领域，更具体地说，涉及一种乏核燃料格架地震安全分析方法。
背景技术：
现有技术的压水堆核电站和核乏燃料集中处理系统均设置有燃料贮存格架。其中乏核燃料贮存格架设置在乏核燃料水池中，用以贮存反应堆卸出的乏核燃料组件。现有格架以自由放置的形式摆放在水池中，具有较大的设计与安装灵活度。
现有乏核燃料格架的设计规范均采用法国核电设备设计规范(简称RCC-M规范)规定的方法进行分析。其法国核电设备设计规范仅对地震安全分析中的格架结构强度进行分析，而对于自由放置式乏核燃料格架，在地震条件下有两个方面的安全问题必须考虑：其一是，地震过程中可能出现贮存水池中各格架之间碰撞以及各格架与贮存水池四壁之间碰撞；其一是，乏核燃料格架的自身结构强度与自身结构刚度是否在地震条件下满足要求。现有设计规范无法满足上述两个方面的安全分析。
为此，有必要提供一种新的乏核燃料格架安全分析方法以解决现有技术中的问题。
技术实现要素：
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种乏核燃料格架地震安全分析方法，所述包括：一种乏核燃料格架地震安全分析方法，所述方法包括：
获取乏核燃料格架地震异常工况和地震事故工况下的外载荷；
根据所述地震异常工况下的外载荷组合和所述地震事故工况下的外载荷组合通过计算获得乏核燃料格架在相应外载荷组合条件下的位移、应力、应变计算结果，以供不同的安全分析使用；
进行乏核燃料格架的地震安全分析，所述安全分析包括：
在地震异常工况下格架结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析；和
在地震事故工况下格架结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析。
示例性的，所述乏核燃料格架地震异常工况和地震事故工况的外载荷包括地震响应载荷、接管载荷以及设计工况其他载荷。
示例性的，根据所述地震异常工况下的外载荷组合和所述地震事故工况下的外载荷组合通过计算获得乏核燃料格架在相应外载荷组合条件下的位移、应力、应变计算结果的方法采用有限元计算方法。
示例性的，所述在地震异常工况下格架结构强度分析包括：
地震异常工况下板壳结构支撑件安全校核、地震异常工况下板壳结构支撑件中的焊缝的安全校核、地震异常工况下螺栓紧固件的安全校核以及地震异常工况下线型支撑件安全校核。
示例性的，所述地震异常工况下格架与格架之间的碰撞分析包括地震异常工况下单个格架位移校核。
示例性的，所述地震异常工况下格架与格架之间的碰撞分析包括地震异常工况下整体格架位移校核
示例性的，在地震事故工况下格架结构强度分析包括：
地震事故工况下板壳结构支撑件安全校核、地震事故工况下板壳结构支撑件中的焊缝的安全校核、地震事故工况下螺栓紧固件的安全校核以及地震事故工况下线型支撑件安全校核。
示例性的，所述地震事故工况下格架与格架之间的碰撞分析包括地震异常工况下单个格架位移校核。
示例性的，获取所述地震事故工况下格架与格架之间的碰撞分析包括地震异常工况下整体格架位移校核。
根据本发明提供的格架安全分析，可进行在地震条件下，包括地震异常工况和地震事故工况，的格架结构强度安全分析、格架与格架之间的碰撞安全分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞安全分析，从而优化格架设计，避免了地震中可能引发的损坏格架的事故，损坏水池池壁的事故，以及由前述事故引发的损坏格架中贮存的乏核燃料组件的核泄漏事故。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的一个实施例提出的一种乏核燃料格架地震安全分析方法的示意性流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述乏核燃料格架安全分析方法。显然，本发明的施行并不限于核电厂设计领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。
本发明提供了一种乏核燃料格架地震安全分析方法，所述方法包括：
获取乏核燃料格架地震异常工况和地震事故工况下的外载荷；
根据所述外载荷计算乏核燃料格架的外载荷计算格架所受应力、应变以及位移；
进行乏核燃料格架的地震安全分析，所述安全分析包括：
在地震异常工况下格架结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析；和
在地震事故工况下格架结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析。
根据本发明提供的格架安全分析，可进行地震异常工况和地震事故工况中的格架结构强度安全分析、格架与格架之间的碰撞安全分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞安全分析，从而优化格架设计，避免了地震中可能引发的损坏格架的事故，损坏水池池壁的事故，以及由前述事故引发的损坏格架中贮存的乏核燃料组件的核泄漏事故。
下面将结合附图详细介绍本发明的乏核燃料格架地震安全分析方法。参看图1，示出了根据本发明的一个实施例提出的一种乏核燃料格架地震安全分析方法的示意性流程图。
首先，执行步骤S101：获取乏核燃料格架地震异常工况和地震事故工况下的外载荷；
示例性的，所述乏核燃料格架地震异常工况和地震事故工况下的外载荷包括地震响应载荷、接管载荷以及设计工况他载荷。一般而言，设计工况的其他载荷包括如设备所受的内压或外压、设备自身结构的重力载荷、设备中固体物料的重力载荷、液体物料的重力载荷以及设备某些结构部分的温差载荷、某些设备内部机械运动引起的动载荷，等等，不再包括接管载荷。其中，所述地震响应载荷，一般以建筑结构不同标高处3维地震在3个相互垂直的X、Y、Z方向的3个楼层响应加速度时程谱所表达的地震载荷。
示例性的，所述地震异常工况下的外载荷组合＝[1.5NNL+OBE地震载荷+运行工况的其他载荷]；所述地震事故工况下的外载荷组合＝[2.0NNL+SSE地震载荷+运行工况的其他载荷]。其中，NNL是设计工况下设备的接管载荷，具体到乏核燃料贮存格架，这种设备的接管载荷是NNL＝0。
接着，执行步骤S102：根据所述地震异常工况下的外载荷组合和所述地震事故工况下的外载荷组合通过计算获得乏核燃料格架在相应外载荷组合条件下的位移、应力、应变计算结果，以供不同的安全分析使用。
示例性的，根据所述地震异常工况下的外载荷组合和所述地震事故工况下的外载荷组合通过计算获得乏核燃料格架在相应外载荷组合条件下的位移、应力、应变计算结果的方法采用有限元计算方法。本领域工作人员可根据实际需求进行所述有限元计算方法的建立模型、条件，约束和简化，在此不进行赘述。
接着，执行步骤S103：进行乏核燃料格架的地震安全分析，所述安全分析包括：
在地震异常工况下格架结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析；和
在地震事故工况下格架结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析。
下面将分别介绍在地震异常工况下结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析；和在地震事故工况下格架结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析。
1、地震异常工况下结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析。
1)地震异常工况下的结构强度分析。
示例性的，在地震异常工况下格架结构强度分析包括：
地震异常工况下板壳结构支撑件安全校核、地震异常工况下板壳结构支撑件中的焊缝的安全校核、地震异常工况下螺栓紧固件的安全校核；地震异常工况下线型支撑件安全校核。
示例性的，所述地震异常工况下板壳结构支撑件校核包括：
S1：通过计算获取所述地震异常工况下板壳件的平均一次正应力σm以及截面一次弯曲应力σb；
S2：进行异常工况下安全准则判断：
总薄膜应力下：σm≤1.1S，满足安全准则确立的条件；
薄膜+弯曲应力下：σm+σb≤1.65S，满足安全准则确立的条件；
其中，S为板壳支撑材料的许用应力。
示例性的，所述地震异常工况下板壳结构支撑件中的焊缝的安全校核包括：
S1：通过有限元计算模型获取所述地震异常工况下焊缝的平均一次正应力σm以及截面一次弯曲应力σb；
S2：进行异常工况下安全准则判断：
总薄膜应力下：σm≤1.0Sweld，满足安全准则确立的条件；
薄膜+弯曲应力下：σm+σb≤1.5Sweld，满足安全准则确立的条件；
其中，Sweld为焊缝材料的实际许用应力。
示例性的，所述地震异常工况下螺栓紧固件的安全校核包括：
S1：通过有限元计算模型获取所述地震异常工况下螺栓紧固件的拉应力Ft和剪应力Fv，进行不同情况下的安全判断：
S2：进行所述螺栓紧固件受纯拉应力螺栓的安全判断：
Ft≤FTb，满足安全准则确立的条件；
S3：进行所述螺栓紧固件受纯剪切应力螺栓的安全判断：
Fv≤FVb，满足安全准则确立的条件；
S4：进行所述螺栓紧固件(拉应力+剪切应力)的安全判断：
(Ft2/FTb2)+(Fv2/FVb2)≤1，满足安全准则确立的条件；
其中，许用应力FTb的计算：
a)螺栓材料为铁素体钢FTb＝0.5Su
b)螺栓材料为奥氏体钢FTb＝0.3Su
——许用应力FVb的计算：
a)铁素体钢FVb＝5Su/24；
b)奥氏体钢FVb＝Su/8；
FTb、FVb分别为工作温度下纯拉、纯剪的许用应力；Su为材料的抗拉强度。
示例性的，所述地震异常工况下线型支撑件的安全校核包括：
S1：通过有限元计算模型获取地震异常工况下线型支撑件的平均拉伸应力Ft、平均剪切应力Fv、平均压缩应力Fa、最大弯曲应力Fb、复合应力(Fa+Fb)和(Ft+Fb)；
S2：进行所述地震异常工况下线型支撑件的安全判断：
对拉伸应力的校核：Ft≤Ft，满足安全准则确立的条件，
其中，对均匀截面，许用拉伸应力Ft＝min[0.6Sy，0.5Su]；对减弱截面，许用拉伸应力Ft＝min[0.45Sy，0.37Su]。
对平均剪切应力的校核：Fv≤Fv，满足安全准则确立的条件，
其中，许用剪切应力Fv＝min[0.4Sy，0.33Su]。
对平均压缩应力的校核：Fa≤Fa，满足安全准则确立的条件；
其中，若实际最大长细比(Kl/r)≤CC，CC为临界长细比(CC＝[(2π2E)/Sy]0.5)，许用压缩应力计算公式为：
Fa＝min{Sy·[1-[(Kl/r)2/(2CC2)]]/[(5/3)+3(Kl/r)/(8CC)-(Kl/r)3/(8CC3)],0.5·Su}；
若实际最大长细比(Kl/r)>CC临界长细比(其中K为梁的挠曲长度和实际长度之比，这一系数的数值取决于梁的约束条件，l为梁的有效长度，r为梁横截面的惯性半径)，许用压缩应力计算公式为：Fa＝(12π2E)/[23·(Kl/r)2]。
对最大弯曲应力的校核：Fb≤Fb；满足安全准则确立的条件，
其中，许用弯曲应力(对实心壁的型钢，横截面上弯曲应力中的最大拉应力或最大压应力均适用)：Fb＝min[0.66Sy，0.55Su]。
对复合应力(Fa+Fb)和(Ft+Fb)的校核需要进行两种安全检验：
①同时承受轴向压缩和弯曲的构件，其同时发生的轴向压缩应力和弯曲应力一般需要同时满足下列(1)式和(2)式分别表达的两个条件：
(Fa/Fa)+[(Cmx·Fbx)/(1-(Fa/F’ex))]/Fbx+[(Cmx·Fby)/(1-(Fa/F’ey))]/Fby≤1.0 (1)
(Fa/Fa)+(Fbx/Fbx)+(Fby/Fby)≤1.0 (2)
注意：(1)式中的F’e＝(12π2E)/[23·(Kl/r)2]。
当(Fa/Fa)≤0.15时，则只需满足上述条件中的(2)即可。
其中，Cm的取值规则：
a)受压构架端部可移动时，Cm＝0.85。
b)受压构架端部不可移动时，可视为嵌入式构件在其支承间的弯曲平面上不承受横向载荷时，Cm＝0.6-0.4·(M1/M2)，但不能小于0.4。M1/M2指垂直作用于所考虑的元件端部，在弯曲平面内所受的弯曲力矩(取绝对值)的最小值与最大值之比。两力矩符号相同，比值为正，反之为负。
c)载荷平面上端部不能移动的构架，两支承间承受横向载时，端部可作嵌入式元件，取Cm＝0.85；端部可视作铰接的元件，取Cm＝1.00。②同时承受轴向拉伸和弯曲的构件，其同时发生的轴向拉伸应力和弯曲应力需要满足上述(2)式的条件。注意，此时(2)式中的第一项改用拉应力；所用的弯曲应力Fb应取横截面上由弯曲引起的最大拉应力而不是压应力。
在地震异常工况下，平均拉伸应力Ft、平均剪切应力Fv、平均压缩应力Fa、最大弯曲应力Fb、复合应力(Fa+Fb)和(Ft+Fb)均满足上述条件时，线型支撑件满足安全准则确立的条件；
2)地震异常工况下格架与格架之间的碰撞分析。
示例性的，所述地震异常工况下格架与格架之间的碰撞分析包括地震异常工况下单个格架位移校核。
示例性的，所述地震异常工况下单个格架位移校核包括：
S1：通过有限元计算模型获取所述地震异常工况下单个格架的位移S1：
S2：进行所述地震异常工况下格架与格架之间的碰撞安全判断：
S1<Sa,其中，Sa为格架与格架之间的许用间隙；
3)地震异常工况下格架与贮存水池壁之间的碰撞分析
示例性的，所述地震异常工况下格架与格架之间的碰撞分析包括地震异常工况下整体格架位移校核。
示例性的，所述地震异常工况下整体格架位移校核包括：
S1：通过有限元模型获取所述地震异常工况下格架的整体位移S2：
S2：进行所述地震异常工况下格架与贮存水池壁之间的碰撞安全判断：
S2<Sb，其中，Sb为格架与贮存水池壁之间的许用间隙。
2、进行地震事故工况下格架结构强度分析、格架与格架之间的碰撞分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞分析。
1)地震事故工况下的格架结构强度分析。
示例性的，在地震事故工况下格架结构强度分析包括：
地震事故工况下板壳结构支撑件安全校核、地震事故工况下板壳结构支撑件中的焊缝的安全校核、地震事故工况下螺栓紧固件的安全校核；地震事故工况下线型支撑件安全校核。
示例性的，所述地震事故工况下板壳结构支撑件校核包括：
S1：通过计算获取所述地震事故工况中板壳件的平均一次正应力σm以及截面一次弯曲应力σb；
S2：进行地震事故工况下板壳结构支撑件安全准则判断：
总薄膜应力下：σm≤min[Sy,0.5Su]，满足安全准则确立的条件，
薄膜+弯曲应力下：σm+σb≤min[1.5Sy,0.8Su]，满足安全准则确立的条件；
其中，Sy为支撑材料的屈服极限，Su为支撑材料的强度极限。
示例性的，所述地震事故工况下板壳结构支撑件中的焊缝的安全校核包括：
S1：通过有限元计算模型获取所述地震事故工况下焊缝的平均一次正应力σm以及截面一次弯曲应力σb；
S2：进行地震事故工况下板壳结构支撑件中的焊缝的安全准则判断：
总薄膜应力下：σm≤min[Sy,0.5Su]，满足安全准则确立的条件；
薄膜+弯曲应力下：σm+σb≤min[1.5Sy,0.8Su]，满足安全准则确立的条件；
其中，Sy为支撑材料的屈服极限，Su为支撑材料的强度极限。
示例性的，所述地震事故工况下板壳结构支撑件中的螺栓紧固件的校核与地震异常工况中所述板壳结构支撑件中的螺栓紧固件的校核相同。在此不再赘述。
示例性的，所述地震事故工况下线型支撑件的安全校核包括：
S1：通过有限元计算模型获取所述地震事故工况下平均拉伸应力Ft、平均剪切应力Fv、平均压缩应力Fa、最大弯曲应力Fv、复合应力(Fa+Fb)和(Ft+Fb)；
S2：进行所述地震事故工况下线型支撑件的安全判断：
对拉伸应力的校核：Ft≤rD·Ft；
其中，对均匀截面，许用拉伸应力Ft＝min[0.6Sy，0.5Su]；对减弱截面，许用拉伸应力Ft＝min[0.45Sy，0.37Su]；
rD数值的计算方法如下：
若(Su/Sy)≥1.2，则rD＝min[1.66,1.167(Su/Sy)]，满足安全准则确立的条件；
其中，Sy为材料的屈服强度；Su为材料的抗拉强度；
若(Su/Sy)<1.2，则rD＝1.4。
对平均剪切应力的校核：Fv≤rD·Fv，满足安全准则确立的条件；其中，许用剪切应力Fv＝min[0.4Sy，0.33Su]。
对平均压缩应力的校核：Fa≤rD·Fa；其中，
若实际最大长细比(Kl/r)≤CC临界长细比(CC＝[(2π2E)/Sy]0.5)，
许用压缩应力计算公式为：
Fa＝min{Sy·[1-[(Kl/r)2/(2CC2)]]/[(5/3)+3(Kl/r)/(8CC)-(Kl/r)3/(8CC3)],0.5·Su}；
若实际最大长细比(Kl/r)>CC临界长细比(其中K为梁的挠曲长度和实际长度之比，这一系数的数值取决于梁的约束条件，l为梁的有效长度，r为梁横截面的惯性半径)，
许用压缩应力计算公式为：Fa＝(12π2E)/[23·(Kl/r)2]；
对最大弯曲应力的校核：Fb≤rD·Fb；其中许用弯曲应力(对实心壁的型钢，横截面上弯曲应力中的最大拉应力或最大压应力均适用)：Fb＝min[0.66Sy，0.55Su]；
对复合应力(Fa+Fb)和(Ft+Fb)的校核需要进行两种安全检验：
①同时承受轴向压缩和弯曲的构件，其同时发生的轴向压缩应力和弯曲应力一般需要同时满足下列(1)式和(2)式分别表达的两个条件：
(Fa/Fa)+[(Cmx·Fbx)/(1-(Fa/F’ex))]/Fbx+(Cmx·Fby)/(1-(Fa/F’ey))]/Fby≤1.0 (1)
(Fa/Fa)+(Fbx/Fbx)+(Fby/Fby)≤1.0 (2)
注意：(1)式中的F’e＝(12π2E)/[23·(Kl/r)2]。
当(Fa/Fa)≤0.15时，则只需满足上述条件中的(2)即可。
其中，Cm的取值规则：
a)受压构架端部可移动时，Cm＝0.85。
b)受压构架端部不可移动时，可视为嵌入式构件在其支承间的弯曲平面上不承受横向载荷时，Cm＝0.6-0.4·(M1/M2)，但不能小于0.4。M1/M2指垂直作用于所考虑的元件端部，在弯曲平面内所受的弯曲力矩(取绝对值)的最小值与最大值之比。两力矩符号相同，比值为正，反之为负。
c)载荷平面上端部不能移动的构架，两支承间承受横向载时，端部可作嵌入式元件，取Cm＝0.85；端部可视作铰接的元件，取Cm＝1.00。
②同时承受轴向拉伸和弯曲的构件，其同时发生的轴向拉伸应力和弯曲应力需要满足上述(2)式的条件。注意，此时(2)式中的第一项改用拉应力；所用的弯曲应力Fb应取横截面上由弯曲引起的最大拉应力而不是压应力。
在地震异常工况下，平均拉伸应力Ft、平均剪切应力Fv、平均压缩应力Fa、最大弯曲应力Fb、复合应力(Fa+Fb)和(Ft+Fb)均满足上述条件时，线型支撑件满足安全准则确立的条件；
2)地震事故工况下格架与格架之间的碰撞分析。
示例性的，所述地震事故工况下格架与格架之间的碰撞分析包括地震异常工况下单个格架位移校核。
示例性的，所述地震事故工况下单个格架位移校核包括：
S1：通过有限元计算模型获取所述地震事故工况下单个格架的位移S1：
S2：进行所述地震事故工况下格架与格架之间的碰撞安全判断：
S1<Sa，满足安全准则确立的条件；
其中，Sa为格架与格架之间的许用间隙；
3)地震事故工况下格架与贮存水池壁之间的碰撞分析
示例性的，获取所述地震事故工况下格架与格架之间的碰撞分析包括地震异常工况下整体格架位移校核。
示例性的，所述地震事故工况下整体格架位移校核包括：
S1：通过有限元计算模型获取所述格架的整体位移S2：
S2：进行所述地震事故工况下格架与贮存水池壁之间的碰撞安全判断：
S2<Sb，满足安全准则确立的条件；
其中，Sb为格架与贮存水池壁之间的许用间隙。
综上所述，根据本发明提供的格架安全分析，可进行地震异常工况和地震事故工况中的格架结构强度安全分析、格架与格架之间的碰撞安全分析、格架与贮存水池池壁之间的碰撞安全分析，从而优化格架设计，避免了地震中可能引发的损坏格架的事故，损坏水池池壁的事故，以及由前述事故引发的损坏格架中贮存的乏核燃料组件的核泄漏事故。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。