CAP1400核岛结构主要分为屏蔽厂房、安全壳、内部结构和辅助厂房。结构总高度约88m，平面最大尺寸为57m×91m。屏蔽厂房为圆形筒状斜屋顶结构，筒体底部外径为50.m、筒体壁厚1.1m。屋顶为型钢混凝土结构，设有钢筋混凝土结构的环形冷却系统储水箱。辅助厂房三面围绕屏蔽厂房布置，并含有2层地下室，概念图见图1。

图1   CAP1400核电结构

核岛结构主要包含钢筋混凝土结构和型钢混凝土结构，地基为硬岩场地。结构和地基的线弹性材料参数见表1。

表1   材料参数

非线性分析时地基使用摩尔库伦本构模型进行分析。地基材料参数如表2所示。混凝土采用塑性损伤本构，混凝土参数如图2所示。

表2     摩尔库伦本构模型

图2    混凝土材料参数

选取某基岩露头地震记录作为输入地震动，其加速度时程如图3所示。

图3   地震波加速度时程曲线

对地基进行等效线性化场地地震反应分析，分析结果如图4所示。

图4   场地分析结果

屏蔽厂房和辅助厂房采用壳单元，基础底板采用实体单元，网格划分尺寸为2m。地基有限元模型尺寸为500m×500m×70m，均为实体单元，网格统一划分尺寸为5m，对于不同土层，网格满足一般地震波波长1/5-1/10的要求。地基-核岛结构系统模型总节点数199033个，总单元数180072个。主体结构模型示意图如图5所示。模型示意图如图6所示。

图5  主体结构模型示意图

图6   核电结构模型

对结构进行重力场分析，土体底面固定，四周施加法向约束。分别提取屏蔽厂房、辅助厂房位置处节点竖向位移进行对比，节点位置如图7所示。节点Z向位移见表3。位移云图如图8所示。可以看出，两款软件计算结果的相对差异小于11%。

图7   节点编号示意图

表3   节点Z向位移

图 8   重力作用下模型位移云图

分别提取土层单元进行对比，单元位置示意如图9所示。单元Mises应力对比如表4所示，土层单元最大主应力对比如表5所示，Mises应力云图如图10所示。可以看出，两款软件的计算结果的相对差异小于14%。

图9    单元编号示意图

表4   土层单元Mises应力对比

表5    土层单元最大主应力对比

图10    重力作用下模型Mises应力结果云图

对结构进行模态分析，模型土体底部固定，土体侧面竖向约束。使用GFE和软件A分别计算上述模型前3阶固有频率，结果如表6所示，两款软件计算结果的差异小于3%。

表6    固有频率对比

前三阶振型如图11所示，可以看出，两款软件的计算结果吻合较好。

图11    前三阶模态

对模型进行线弹性地震反应分析。地震动见图3，模型参数见表1，地基与结构间为绑定接触，模型四周与底部采用黏弹性边界，模拟垂直入射SV地震动作用。

对比结构的位移响应，节点位置示意图如图12所示，位移时程如图13所示。t=8.2s时，结构水平位移最大，此时结构位移云图如图14所示。对比结构顶底部节点的相对位移，节点位置示意图如图15所示，相对位移时程如图16所示。由图可见，两款软件的计算结果吻合较好。

图12     节点编号示意图

图13     节点位移时程

图14   t=8.2s时模型位移云图

对比结构的单元应力结果。单元位置示意如图17所示，单元Mises应力如图18所示。由图可见，两款软件的计算结果吻合较好。

对模型进行非线性时程分析。结构采用混凝土塑性损伤本构模型，地基采用摩尔库伦本构模型，土层信息如表1和表2所示，土体与结构间为绑定接触，土体四周与底部采用黏弹性边界，模拟垂直入射的SV地震动作用。

输出结构节点位移响应，将非线性分析结果与线弹性分析结果进行对比，选取的节点位置示意如图12所示，节点位移时程如图19所示。

图19   结构节点位移时程

输出结构的受压损伤、受拉损伤、结构塑性应变，分别见图21至图25。

图 21   受压损伤

图22    受拉损伤

图23   等效塑性应变

图24     塑性应变

图25     等效塑性应变