GBT 41024-2021 乏燃料运输容器结构分析的载荷组合和设计准则

GB/T41024—2021i中华人民共和国国家标准GB/T41024—2021乏燃料运输容器结构分析的载荷组合和设计准则Loadcombinationanddesigncriteriaforstructuralanalysisofspentfueltransportcask本电子版为正式标准文本，由生态环境部环境标准研究所审校排版。2021-11-01发布2021-12-01实施生态环境部国家市场监督管理总局ICS13.300F73发布GBGB/T41024—2021i目次前言.................................................................................................................................................................ii1适用范围........................................................................................................................................................12规范性引用文件.............................................................................................................................................13术语和定义....................................................................................................................................................14载荷组合........................................................................................................................................................35设计准则........................................................................................................................................................7GBGB/T41024—2021ii前言为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国放射性污染防治法》《中华人民共和国核安全法》，防治放射性物质污染，保障人体健康，保护生态环境，规范乏燃料运输容器的结构分析工作，制定本标准。本标准是与《放射性物品安全运输规程》（GB11806—2019）配套的技术准则，基于其规定的结构设计要求，规定了乏燃料运输容器结构分析的载荷组合和设计准则，即乏燃料运输容器包容边界、临界安全相关部件以及其他安全相关部件在正常运输条件和运输事故条件下结构分析的载荷组合和设计准则。本标准为首次发布。本标准由生态环境部辐射源安全监管司、法规与标准司组织制订。本标准主要起草单位：中国核电工程有限公司、中机生产力促进中心。本标准生态环境部2021年11月1日批准。本标准自2021年12月1日起实施。本标准由生态环境部解释。GBGB/T41024—20211乏燃料运输容器结构分析的载荷组合和设计准则1适用范围本标准规定了乏燃料运输容器结构分析的载荷组合和设计准则。本标准适用于乏燃料运输容器的结构分析，放射性内容物总活度大于3000A1（特殊放射性物品）、大于3000A2或1×1015Bq的放射性物品运输容器可参照执行。2规范性引用文件本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB11806—2019放射性物品安全运输规程3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1术语3.1.1应力强度stressintensity组合应力基于第三强度理论的当量强度，规定为给定点处最大剪应力的2倍，即给定点处代数最大主应力与代数最小主应力（拉应力为正值，压应力为负值）之差。3.1.2一次应力primarystress所施加载荷产生的任何法向应力或剪应力，它是为了满足外力或内力以及力矩的平衡规律所必需的。一次应力的基本特性是非自限的，当一次应力大大超过屈服强度时，它会引起失效或至少会引起总体变形。3.1.3二次应力secondarystress由于相邻材料的约束或者由于结构本身的约束而引起的法向应力或剪应力。二次应力的基本特性是自限的，局部屈服和微小变形能满足成为引起应力的条件，这种应力的一次作用不会产生预计的失效。3.1.4一次薄膜应力primarymembranestress实体截面厚度上的平均一次法向应力。3.1.5一次弯曲应力primarybendingstress沿实体截面厚度线性分布的一次法向应力分量。GBGB/T41024—202123.1.6交变应力强度alternatingstressintensity当主应力方向在循环中不变时，交变应力强度altS是指在所有可能的应力状态（i和j）下'12S、'23S和'31S中最大绝对值的二分之一。'121i1j2i2jS=(σ-σ)-(σ-σ)（1）'232i2j3i3jS=(σ-σ)-(σ-σ)（2）'313i3j3i3jS=(σ-σ)-(σ-σ)（3）式中：σ1、σ2和σ3是主应力，'12S、'23S和'31S是应力差。注：当循环中主应力方向发生变化时，需要通过先计算应力分量的差值，再通过分量差值计算主应力及应力强度。3.1.7疲劳fatigue在循环加载条件下发生在结构某点处局部的、永久性的损伤递增过程，经足够的应力或应变循环后，损伤累积可使材料产生裂纹，或使裂纹进一步扩展至完全断裂。3.1.8安定性shakedown没有持续循环的塑性变形。当几次载荷循环后变形趋于稳定且随后的结构响应是弹性的，结构就会安定下来。3.1.9包容边界containmentboundary在运输过程中，用于包容放射性物品的包装部件的组合体，是防止放射性物品漏失或弥散的物理屏障。注：乏燃料运输容器的包容边界金属部分一般包括：内筒体、一次密封盖、贯穿件密封盖和连接螺栓等。3.1.10临界安全相关部件criticalitysafetycomponents在运输过程中，除包容边界以外的对容器临界安全可产生影响的部件。3.1.11其他安全相关部件othersafetycomponents除包容边界和临界安全相关部件以外，实现运输容器其他安全相关功能的所有结构部件。注：二次密封结构及其螺栓、提升装置（提升耳轴）等。3.1.12包装packaging一个或多个容器以及容器中起到包容和其他安全功能所需的任何其他部件或材料。3.1.13货包package提交运输的包装与其放射性内容物的统称。3.2符号Salt——交变应力强度，MPa；GBGB/T41024—20213Sa——交变应力强度分量的许用幅值，MPa；Sm——设计应力强度，取1/3Su和2/3Sy中的较小者，MPa；Sn——一次加二次应力强度，MPa；Sy——对应温度下材料的屈服强度，MPa；Su——对应温度下材料的抗拉强度，MPa；A1、A2——放射性核素限值（依据GB11806—2019中的规定）。4载荷组合4.1基本规定本标准根据GB11806—2019要求的不同条件下结构分析所需要考虑的载荷，按照最不利情况叠加，给出了容器在初始条件、正常运输条件和运输事故条件下的载荷组合方式，详见表1。4.2初始条件4.2.1一般要求初始条件下的载荷应作为正常运输条件和运输事故条件的基础，将其分别与正常运输条件和运输事故条件下的载荷进行组合，用以对容器进行结构评价。4.2.2初始温度容器初始温度分布应为稳定状态。正常运输条件和运输事故条件的初始温度，应考虑环境温度-40℃无太阳曝晒和环境温度+38℃有太阳曝晒两种情况。太阳曝晒应符合GB11806—2019的要求。如果最低温度低于-40℃或最高温度高于+38℃应另行考虑。运输事故条件中的耐热试验工况无需考虑低温初始条件。4.2.3衰变热初始条件还应考虑乏燃料组件的衰变热。最大衰变热通常应在环境温度较高的情况下叠加，并应考虑GB11806—2019中的太阳曝晒要求，低温情况下通常可不考虑衰变热。4.2.4内压4.2.4.1容器内压主要取决于以下几个因素：容器内回充惰性气体的压力，容器温度变化以及乏燃料包壳内所有气体的泄漏。容器内压应与其他初始条件合理组合。最小内压应为大气压力，对于小于大气压力的设计，内压取值应为负值。4.2.4.2应考虑乏燃料组件内所有气体释放的情况用以确定容器最大内压。4.2.5装配应力评价容器时，应考虑容器装配和安装过程（包括连接、成形、装配和校形等）中产生的应力。若未采取后续措施消除这些应力，则应在确定容器最大应力时考虑这些应力。装配前应认为无应力状态。注1：装配是指容器主要部件的组装：包括内筒体、γ屏蔽层、外筒体等，但不包括单个部件的制造。注2：装配应力应包括由过盈配合引起的应力和铅凝固过程造成边界收缩导致的应力，但不包括由板材成形、焊接等引起的残余应力。4.2.6其他GBGB/T41024—20214本标准给出了对结构评价产生影响的初始条件的最大值和最小值。如果上述条件在结构分析中并不是最严苛情况，则还应合理考虑除上述最大值和最小值之外的其他初始条件。表1正常运输和运输事故条件下载荷组合汇总表初始条件环境温度日照衰变热内压b装配应力c-40℃+38℃最大值a0最大值0最大值最小值正常运输条件（单独分析）受热（+38℃）√√√√受冷（-40℃）√√√√外压增加（绝压140kPa）√√√√√外压减小（绝压60kPa）√√√√√振动和冲击d√√√√√√√√√自由下落试验√√√√√√√√√堆积√√√√√√√√√贯穿（1m落棒）√√√√√√√√√运输事故条件（依次施加）自由下落试验Ⅰ√√√√√√√√√自由下落试验Ⅱ√√√√√√√√√耐热试验e√√√√√运输事故条件（依次施加，对于货包重量不超过500kg，依据外部尺寸计算的总体密度不大于1000kg/m3，放射性内容物的活度大于1000A2，且不是特殊形式放射性物品）自由下落试验Ⅱ√√√√√√√√√自由下落试验Ⅲ√√√√√√√√√耐热试验e√√√√√运输事故条件（单独分析）水浸没√√√√√强化水浸没（如需）f√√√√√a参见本标准4.2.3节。b参见本标准4.2.4节。c参见本标准4.2.5节。d参见本标准4.3.6节。e评价应在试样暴露在热环境30min以及火焰熄灭后的稳定状态进行。f针对装有放射性活度大于105A2的放射性内容物的货包。4.3正常运输条件下的载荷4.3.1一般要求正常运输条件下的载荷应依据4.2节中规定的初始条件按照表1进行组合。在对乏燃料运输容器进GBGB/T41024—20215行结构分析时，以下载荷应单独考虑，不需相互叠加。4.3.2受热应考虑容器在环境温度为+38℃的静止空气和GB11806—2019中规定的太阳曝晒的条件。如运输容器具有机械辅助冷却系统，在受热条件下结构评价时应认为该系统失效。4.3.3受冷应考虑容器在环境温度为-40℃的静止空气中且无太阳曝晒的条件。同时应考虑容器无内部热载荷和最小内压的情况，也应考虑冷却剂结冰的可能性及其影响。4.3.4外压增加应评价在外压增加至140kPa时对容器结构的影响。4.3.5外压减小应评价在外压降低至60kPa时对容