1 范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了乏燃料運輸容器結(jié)構(gòu)分析的載荷組合和設(shè)計準(zhǔn)則。

本標(biāo)準(zhǔn)第4章載荷組合適用于所有類型乏燃料運輸容器；第5章設(shè)計準(zhǔn)則適用于奧氏體不銹鋼制乏燃料運輸容器。主體為碳鋼和低合金鋼材料的乏燃料運輸容器，其結(jié)構(gòu)分析原則上可以采用本標(biāo)準(zhǔn)中第5章所規(guī)定的設(shè)計準(zhǔn)則，但同時應(yīng)考慮低溫斷裂韌性等附加要求。本準(zhǔn)則不適用于蠕變起控制作用的情況。

總活度超過3000A1/A2或30000Ci的放射源貨包，其結(jié)構(gòu)分析的載荷組合與包容邊界設(shè)計準(zhǔn)則原則上可參照本標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)用于線彈性分析，其基本假設(shè)可以應(yīng)用疊加原理來確定載荷組合對容器結(jié)構(gòu)的影響。但其它安全相關(guān)部件（如減震器及其螺栓）可根據(jù)實際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆蔷€性處理。

2 規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB 11806-2019《放射性物品安全運輸規(guī)程》

ASME 核電規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn), BPVC-III核設(shè)施部件建造規(guī)則第1冊 NB分卷ASME 核電規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn), BPVC-III核設(shè)施部件建造規(guī)則第1冊 NF分卷ASME 核電規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn), BPVC-III核設(shè)施部件建造規(guī)則第1冊 NG分卷NUREG/CR-3854 運輸容器制造規(guī)范

RG 7.6 運輸容器包容結(jié)構(gòu)分析設(shè)計準(zhǔn)則

G 7.8 放射性材料運輸容器結(jié)構(gòu)分析載荷組合導(dǎo)則

RG 7.11 壁厚不大于4 英寸（0.1米）的鐵素體鋼制運輸容器包容邊界基體材料的斷裂韌性準(zhǔn)則

ANSI N14.6 稱重為10000磅（4500 千克）或其以上的放射性物質(zhì)運輸容器專用提升裝置

3 術(shù)語和定義

3.1

應(yīng)力強(qiáng)度 stress Intensity

應(yīng)力強(qiáng)度是組合應(yīng)力基于第三強(qiáng)度理論的當(dāng)量強(qiáng)度，規(guī)定為給定點處大剪應(yīng)力的2倍，即給定點處代數(shù)大主應(yīng)力與代數(shù)小主應(yīng)力（拉應(yīng)力為正值，壓應(yīng)力為負(fù)值）之差。

3.2

一次應(yīng)力 primary stress

一次應(yīng)力為平衡壓力及其它機(jī)械載荷所必須的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。對理想塑性材料，一次應(yīng)力所引起的總體塑性流動是非自限的，即當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)的塑性區(qū)擴(kuò)展到使之變成幾何可變的機(jī)構(gòu)時，達(dá)到*限狀態(tài)，即使載荷不再增加，仍產(chǎn)生不可限制的塑性流動，直至破壞。

3.3

二次應(yīng)力 secondary stress

二次應(yīng)力是為滿足外部約束條件或結(jié)構(gòu)自身變形連續(xù)要求所必須的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。二次應(yīng)力的基本特征是具有自限性，即局部屈服和小量變形就可以使約束條件或變形連續(xù)要求得到滿足，從而變形不再繼續(xù)增大。只要不反復(fù)加載，二次應(yīng)力不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

熱應(yīng)力被認(rèn)為是二次應(yīng)力，由于熱應(yīng)力是應(yīng)變控制而非載荷控制的，而且這些應(yīng)力會隨著屈服的發(fā)生而減小。在總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的彎曲應(yīng)力，如圓柱形筒體和平封頭的連接處， 通常被認(rèn)為是二次應(yīng)力。但是，當(dāng)需要筒體和封頭連接處的邊緣力矩阻止封頭的彎曲應(yīng)力過大時，連接處的應(yīng)力被認(rèn)為是一次應(yīng)力。矩形橫截面筒體筒壁之間的連接處的彎曲應(yīng)力被認(rèn)為是一次應(yīng)力。

3.4

一次薄膜應(yīng)力 primary membrane stress

一次薄膜應(yīng)力指實體截面厚度上的平均一次法向應(yīng)力。

3.5

一次彎曲應(yīng)力 primary bending stress

一次彎曲應(yīng)力是平衡壓力或其他機(jī)械載荷所需的沿截面厚度線性分布的彎曲應(yīng)力。

3.6

交變應(yīng)力強(qiáng)度 alternating stress intensity

當(dāng)主應(yīng)力方向在循環(huán)中不變時，交變應(yīng)力強(qiáng)度Salt是指在所有可能的應(yīng)力狀態(tài)（i和j）下S’12 、S’23和S’31中大**值的二分之一，σ1、σ2和σ3是主應(yīng)力

S’12=（σ1i–σ1j）-（σ2i–σ2j）

S’23=（σ2i–σ2j）-（σ3i–σ3j）

?S’31=（σ3i– σ3j）-（σ1i–σ1j）

當(dāng)循環(huán)中主應(yīng)力方向發(fā)生變化時，需要通過先計算應(yīng)力分量的差值，再通過分量差值計算主應(yīng)力及應(yīng)力強(qiáng)度。

3.7

疲勞 fatigue

疲勞是在循環(huán)加載條件下發(fā)生在結(jié)構(gòu)某點處局部的、永久性的損傷遞增過程，經(jīng)足夠的應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)后，損傷累積可使材料產(chǎn)生裂紋，或使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展至完全斷裂。

3.8

安定性 shakedown

如果幾次載荷循環(huán)后變形趨于穩(wěn)定且隨后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)是彈性的，棘輪效應(yīng)終止，結(jié)構(gòu)趨于安定狀態(tài)。

3.9

包容邊界 containment boundary

在運輸過程中，用于包容放射性物品的包裝部件的組合體，是防止放射性物品漏失或彌散的物理屏障。例如乏燃料運輸容器的包容邊界一般包括：內(nèi)筒體、一次密封蓋、貫穿件密封蓋和連接螺栓等。

3.10

臨界安全相關(guān)部件 criticality related components

在運輸過程中，除包容邊界以外的對容器臨界安全可產(chǎn)生影響的部件，例如乏燃料運輸容器的臨界安全相關(guān)部件一般包括吊籃等。

3.11

其他安全相關(guān)部件 other safety components

除包容邊界和臨界安全相關(guān)部件以外，實現(xiàn)運輸容器其他安全相關(guān)功能的所有部件，例如γ和中子屏蔽部件、二次密封結(jié)構(gòu)及其螺栓、減震器及其螺栓、提升裝置（提升耳軸）、栓系結(jié)構(gòu)等。

3.12

貨包 package

貨包是提交運輸?shù)陌b與其放射性內(nèi)容物的統(tǒng)稱。

3.13

包裝 packaging

包裝是指一個或多個容器以及容器中起到包容和其他安全功能的任何其他部件或材料。

3.14

符號 symbol

Salt——交變應(yīng)力強(qiáng)度；

Sa——交變應(yīng)力強(qiáng)度分量的許用幅值；

Sm——設(shè)計應(yīng)力強(qiáng)度，取Su/3和2Sy/3中的較小者；

Sn——一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度；

Sy——設(shè)計溫度下材料的屈服強(qiáng)度；

Su——設(shè)計溫度下材料的抗拉強(qiáng)度。

A1/A2——放射性核素限值（依據(jù)GB11806中的規(guī)定）

4 載荷組合

4.1 總則

為了確保乏燃料運輸容器結(jié)構(gòu)的安全，在對容器進(jìn)行分析時設(shè)計者應(yīng)合理的將容器可能經(jīng)受的載荷進(jìn)行全面的分析及組合，包括運輸過程中的靜載荷、動載荷和熱載荷。本標(biāo)準(zhǔn)將容器的載荷歸納為初始條件、正常運輸條件和運輸事故條件，并給出了初始條件與正常運輸條件和運輸事故條件載荷的組合方式，詳見表1。

4.2 初始條件

初始條件下的載荷應(yīng)作為正常運輸條件和運輸事故條件的基礎(chǔ)，將其分別與正常運輸條件和運輸事故條件下的載荷進(jìn)行組合，用以對容器進(jìn)行結(jié)構(gòu)評價。

4.2.1 初始溫度

容器初始溫度分布應(yīng)為穩(wěn)定狀態(tài)。正常運輸條件和運輸事故條件的初始溫度，應(yīng)考慮環(huán)境溫度-40℃無太陽曝曬和環(huán)境溫度38℃有太陽曝曬兩種情況。太陽曝曬應(yīng)符合GB11806的要求。運輸事故條件中的耐熱試驗工況無需考慮低溫初始條件。

4.2.2 衰變熱

初始條件還應(yīng)考慮乏燃料組件的衰變熱。大衰變熱通常應(yīng)在環(huán)境溫度較高的情況下疊加，并應(yīng)考慮GB11806中的太陽曝曬要求，低溫情況下通常可不考慮衰變熱。

4.2.3 容器內(nèi)壓

4.2.3.1 容器內(nèi)壓應(yīng)與其他初始條件合理組合。小內(nèi)壓應(yīng)為大氣壓力，對于小于大氣壓力的設(shè)計，內(nèi)壓取值應(yīng)為負(fù)值。

4.2.3.2 對于商用核電站的乏燃料，應(yīng)考慮乏燃料組件內(nèi)所有氣體釋放的情況用以確定容器大內(nèi)壓（容器內(nèi)壓主要取決于以下幾個因素：容器內(nèi)回充惰性氣體的壓力，容器溫度分布以及乏燃料包殼內(nèi)所有氣體的泄漏）。

4.2.4 裝配應(yīng)力

評價容器時，應(yīng)考慮容器裝配和安裝過程（包括連接、成形、裝配和校形等）中產(chǎn)生的應(yīng)力。若未采取后續(xù)措施消除這些應(yīng)力，則應(yīng)在確定容器大應(yīng)力時考慮這些應(yīng)力。（裝配是指容器主要部件的組裝：包括內(nèi)筒體、γ屏蔽層、外筒體等，但不包括單個部件的制造。因此，裝配應(yīng)力應(yīng)包括由過盈配合引起的應(yīng)力和鉛凝固過程造成邊界收縮導(dǎo)致的應(yīng)力，但不包括由板材成形、焊接等引起的殘余應(yīng)力）。裝配前應(yīng)認(rèn)為無應(yīng)力狀態(tài)。

4.2.5 其它

本標(biāo)準(zhǔn)給出了對結(jié)構(gòu)評價產(chǎn)生影響的初始條件的大值和小值。如果上述條件在結(jié)構(gòu)分析中并不是嚴(yán)苛情況，則還應(yīng)合理考慮除上述大值和小值的其他初始條件。

4.3 正常運輸條件下的載荷組合

正常運輸條件下的載荷應(yīng)依據(jù)4.2節(jié)中規(guī)定的初始條件按照表1進(jìn)行組合。在對乏燃料運輸容器進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時，以下載荷應(yīng)單獨考慮，不需相互疊加。

4.3.1 受熱

應(yīng)考慮容器在環(huán)境溫度為38℃的靜止空氣和GB11806中規(guī)定的太陽曝曬的條件。如運輸容器具有機(jī)械輔助冷卻系統(tǒng)，在受熱條件下結(jié)構(gòu)評價時應(yīng)認(rèn)為該系統(tǒng)失效。

4.3.2 受冷

應(yīng)考慮容器在環(huán)境溫度為-40℃的靜止空氣中且無太陽曝曬的條件。同時應(yīng)考慮容器無內(nèi)部熱載荷和小內(nèi)壓的情況，也應(yīng)考慮冷卻劑結(jié)冰的可能性及其影響。

4.3.3 外壓增加