多点激励抗震试验支承架及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种支承架，具体涉及的是一种用于反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构的多点激励抗震试验支承架。
【背景技术】
[0002]
为了精确模拟各个部件的地震激励，反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构的抗震试验普遍采用多点激励实验方法完成。该类型试验通常在多点激励竖井实验装置内进行，在控制方式上常采用位移控制，加载方向可为水平横向或水平横向和垂向联合加载。
[0003]根据HAF J0053《核设备抗震鉴定试验指南》，抗震试验中试验件的安装方式应与实际安装条件相符，安装支承点处的输入载荷和加载方式应模拟真实情况。在针对反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构的抗震试验中，模拟支承架的设计是项目实施中的关键技术，也是保证抗震试验有效性的必要前提。
[0004]对比各类型的驱动线或其它同类型细长结构抗震试验用模拟支承架的分析设计，试验件在实际安装状态下的支撑点越多、支撑点间距离越小、试验件自身的结构刚度越大、外加如需准确实现水平地震和垂向地震共同作用，则设计满足试验要求的模拟支承架的技术难度更大，需要解决的技术难点更多。
[0005]现阶段，该类试验均无法在试验件的实际安装状态下进行，为模拟整套驱动线或其它同类型细长结构在实际安装状态下的支承、安装情况，需设计一套专用的模拟支承结构。
【发明内容】
[0006]模拟支承架的设计要求主要包括以下三个方面:
第一，要能将反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构中的各零部件组合成完整的试验件，并合理模拟试验件中各分部件在实际安装状态下的支撑位置、固定方式等安装条件。
[0007]第二，模拟试验件中各分部件的实际受力边界条件，实现在各支撑点处输入地震运动，且保障振动输入点间的解耦。
[0008]第三，模拟支承架的横向刚度不能过大，应满足现有激振器的性能要求；若试验有水平横向和垂向联合加载的要求，则支承架的垂向刚度要足够大，以便能实现采用垂向和横向联合加载方式模拟地震载荷；同时，支架自身的强度和稳定性均需满足试验要求。
[0009]本发明的主要目的在于解决现阶段该类试验均无法在试验件的实际安装状态下进行的问题，提供一种达到上述第一点设计要求的多点激励抗震试验支承架。为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
多点激励抗震试验支承架，包括多个分别设置在试验件支撑点位置处且其结构与试验件支撑点处实际安装结构一致的法兰，设置在法兰上的过渡块，以及通过过渡块设置在法兰上的联接板。本发明中为了便于描述，上述法兰、过渡块和联接板一起组合后统称为法兰组件。
[0010]因本发明中的法兰均位于试验件支撑点位置处，且其结构与试验件支撑点处实际安装结构一致，因而实现了各个法兰组件与试验件的安装方式与驱动线在堆内的安装方式一致，各个法兰组件之间的相对距离与实堆中对应各个支撑点间的相对距离一致，通过上述设置即保障了控制棒驱动线在本发明上的安装方式与实堆安装条件下一致。
[0011]因在各法兰外边缘焊联有过渡块以及联接板，进而方便法兰组件与竖井试验装置中作动器、调节铰杆以及侧向支撑铰杆的联接，实现模拟支承架在竖井实验装置中的安装。
[0012]其它反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构抗震试验模拟支承架的设计，可应用上述本发明的典型结构形式，根据不同试验件的结构特点及具体的试验要求，对支承架中各法兰的位置、结构和数量进行具体设计，进而可确保各部件在支承架上的安装方式与实际安装状态下一致。
[0013]进一步，所述法兰之间设置有用于将试验件放置在其内部的刚性筒体。通过刚性筒体的设置，有效保证支承架的垂向刚度足够大，以便能实现采用垂向和横向联合加载方式模拟地震载荷。
[0014]为了达到所述模拟支承架的第二点设计要求，所述法兰与刚性筒体之间，且位于法兰同一侧位置处均设置有弹簧板解耦机构。
[0015]由于刚性筒体组件和法兰组件具有较高的横向刚度，当施加各作动器的横向运动后，刚性筒体会阻碍其运动，并且对相邻作动器的运动产生影响，导致作动器控制精度降低、出现作动器推力消耗等问题。针对上述问题，本发明中设计有弹簧板解耦机构，通过弹簧板解耦机构的设置保障了振动输入点间的解耦，进而可以实现在各支撑点处输入实际的地震运动。
[0016]由于支撑点越多、支撑点间距离越小、试验件自身的结构刚度越大、外加如需准确实现水平地震和垂向地震共同作用，设计满足试验要求的模拟支承架的技术难度更大，需要解决的技术难点更多。本发明通过该弹簧板解耦机构依次将各段刚性筒体组件与各个法兰组件联接成整体，其不仅可以保障各振动输入点间的解耦，根据本发明的振动特性、刚度和强度等情况，还可以实现采用垂向和横向两种加载方式模拟地震载荷。即，采用此种结构形式的模拟支承架，有效解决了针对反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构多点水平横向或多点水平横向和一点垂向联合加载的技术难题。
[0017]综上可知，针对反应堆控制棒驱动线或其它同类型细长结构，本发明可以实现以双向绝对位移激励方式开展驱动线抗震试验的目标，全方位模拟真实的地震载荷。
[0018]更进一步，为了有效达到解耦的效果，所述弹簧板解耦机构包括上法兰，下法兰，一端与上法兰连接、另一端与下法兰连接的弹簧板，以及设置在上法兰与下法兰之间的柔性管。
[0019]本发明利用弹簧板长度和宽度方向刚度大、厚度方向刚度小的特性，使沿横向振动方向的刚度小于侧向和垂向的10%，且应力不会使材料产生塑性变形，也不会导致失稳，进而起到解耦作用。
[0020]本发明的横向刚度满足现有激振器的性能要求；且通常反应堆控制棒驱动线在实堆安装工作状态下，驱动线各部件均浸在水介质中。本发明的目的是模拟试验件的实际安装状态，故也应该具备最基本的贮存水介质的功能。该弹簧板解耦机构中的柔性管确保了解耦装置具备容纳水介质的功能，各段刚性筒体也具备盛水功能，因而能有效模拟各试验件均浸在水介质中的实际安装状态。
[0021]再进一步，为了达到所述模拟支承架的第三点设计要求，所述弹簧板与上法兰和下法兰之间通过螺栓连接。本发明采用上述连接形式，其便于分别调整水平横向和垂向刚度。即，本发明加工完成、总装后，当进行安装实测时，若调试效果不理想，载荷输入不能满足试验要求，则可以更换不同厚度的弹簧板，从而较方便地调整结构的水平向及垂向刚度。
[0022]作为一种优选地设置方式，所述弹簧板解耦机构中的弹簧板数量为四个，均匀分布在两平行面上，且每个平行面中的两个弹簧板也平行设置。
[0023]作为最优地设置方式，所述上法兰和下法兰均为方形法兰，该弹簧板则均匀分布在上法兰和下法兰的相对两侧面上。
[0024]本发明中所述刚性筒体包括筒本体、设置在筒本体两端的圆法兰、以及设置在筒本体上的手孔接管。本发明在靠近筒体下端的位置处设有两个手孔接管，以便于相关测试导线的引出或位于其内下方的螺栓联接件的紧固操作。
[0025]因反应堆控制棒驱动线包括驱动机构、导向组件、燃料组件和控制棒组件等结构。作为运用于反应堆控制棒驱动线的支承架，该支承架从上至下的排列顺序为堆顶法兰、第一弹簧板解耦机构、上部筒体、法兰组件上、第二弹簧板解耦机构、中筒体组件、法兰组件下、第三弹簧板解耦机构、支承板法兰、第四弹簧板解耦机构、导向组件段筒体、堆芯上板法兰、第五弹簧板解耦机构、下部筒体、堆芯下板法兰和底部支撑筒体。
[0026]本发明中共计有六个法兰组件，各法兰合理模拟了实堆中驱动线各部件与堆内构件发生关联的情况，通过该六个法兰可以实现驱动线各部件在支承架上的安装方式与实堆中的安装方式一致。
[0027]本发明中共计有五个筒体组件，结构均为一段两端带圆法兰的筒体；最下端的筒体结构可以和底部垂向激振器的万向连轴节相连，其还具备盛水功能，且便于充排水。
[0028]本发明中共设计有五个弹簧板解耦机构，进而使支承点处的输入载荷和加载方式与驱动线各支撑点在实际安装状态下的情况一致。
[0029]利用该装置，针对反应堆控制棒驱动线，本发明实现了反应堆控制棒驱动线上六点水平横向和一点垂向的联合加载，实现了以双向绝对位移、多点激励方式开展抗震试验的目标，达到全方位模拟真实的地震载荷的目的。
[0030]作为一种优选，所述法兰、刚性筒体和弹簧板解耦机构之间通过螺栓固定连接。
[0031]多点激励抗震试验支承架的设计方法，包括以下步骤:
(1)根据试验件的具体情况，确定其在实际安装状态下支撑点的数量和位置；
(2)将试验件上各支撑点处的结构设置成与试验件支撑点处实际安装结构一致；
(3)根据各支撑点之间的距离设计刚性筒体，刚性筒体的内部用于容纳试验件和试验介质；
(4)在法兰与刚性筒体之间增加用于降低地震横向激振方向刚度的弹簧板解耦机构即可。
[0032]本发明通过上述设计方法，并结合《核设备抗震试验指南》的相关要求即可制造出本发明的支承架，且该支承架能有效保证控制棒驱动线或其它同类型细长结构在模拟支承架上的安装方式与实际安装条件下一致，模拟支承架上各支承点处的输入载荷和加载方式与驱动线或其它同类型细长结构各支撑点在实际安装状态下的情况一致。
[0033]本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
1、本发明实现了各个法兰组件与试验件的安装方式与驱动线在堆内的安装方式一致，以及各个法兰组件之间的相对距离与实堆中对应各个支撑点间的相对距离一致的目的；通过上述设置有效保障了控制棒驱动线在本发明上的安装方式与实堆安装条件下一致；
2、本发明通过刚性筒体的设置，有效保证支承架的垂向刚度足够大，以便能实现采用垂向和横向联合加载方式模拟地震载荷；
3、本发明通过弹簧板解耦机构的设置保障了振动输入点间的解耦，进而可以实现在各支撑点处输入实际的地震运动；同时有效实现了以双向绝对位移、多点激励方式开展抗震试验的目标；