GB/T 16702.6-2025 压水堆核电厂核岛机械设备设计规范 第6部分：堆内构件

　　ICS 27. 120.20 CCS F 69

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 16702.6—2025部分代替 GB/T 16702—2019

　　压水堆核电厂核岛机械设备设计规范

　　第 6 部分:堆内构件

　　Design specification formechanicalcomponentsin nuclearisland ofpressurized waterreactornuclearpowerplants—Part6: Reactorvesselinternals

　　2025-02-28发布 2025-02-28实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 16702.6—2025

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 2

　　4 通则 2

　　4. 1 文件 2

　　4. 2 堆内构件的范围和分类 2

　　4. 3 标识 3

　　5 材料 4

　　5. 1 概述 4

　　5. 2 材料选用要求 4

　　5. 3 晶间腐蚀敏感性 5

　　5. 4 堆内构件用材中的钴含量 5

　　6 设计 6

　　6. 1 设计总则 6

　　6. 2 堆内构件结构性能分析规则 8

　　6. 3 堆芯支承结构件焊接设计 30

　　7 制造及检验 33

　　7. 1 概述 33

　　7. 2 制造与检验的文件和要求 33

　　7. 3 制造工艺 33

　　7. 4 焊接 34

　　7. 5 无损检验的特殊要求 35

　　Ⅰ

　　GB/T 16702.6—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件是 GB/T 16702《压水堆核电厂核岛机械设备设计规范》的第 6 部分 。 GB/T 16702 已经发布了以下部分 :

　　— 第 1部分 :总则 ;

　　— 第 2部分 :1 级设备 ;

　　— 第 3部分 :2 级设备 ;

　　— 第 4部分 :3 级设备 ;

　　— 第 5部分 :小型设备 ;

　　— 第 6部分 :堆内构件 ;

　　— 第 7部分 :设备支承 ;

　　— 第 8部分 :低压或常压储罐 。

　　本文件 代 替 GB/T 16702—2019《压 水 堆 核 电 厂 核 岛 机 械 设 备 设 计 规 范》的 第 9 章 堆 内 构 件 , 与GB/T 16702—2019中第 9章相比 ,除结构调整和编辑性改动外 ,主要技术变化如下 :

　　— 更改了边界划分(见 4. 2. 3,2019年版的 9. 1. 1. 1. 3) ;

　　— 更改了文件的相关要求(见 4. 1,2019年版的 4. 1. 2) ;

　　— 增加了焊材的相关要求(见 5. 2) ;

　　— 更改了堆内构件用材中的钴含量的要求(见 5. 4,2019年版的 9. 2. 4) ;

　　— 更改了堆内构件采用的材料标准(见表 1,2019年版的表 75) ;

　　— 删除了“铸件 ”的表述和相关内容(见 2019年版的表 75,9. 2. 3. 1,9. 2. 3. 2) :

　　— 更改了制造过程中进行焊接、热加工或热处理导致晶间腐蚀敏感性的温度下限(见 5.4,2019年版的 9.2. 3) ;

　　— 增加了 “超声与渗透检验”“焊道间的渗透检测 ”两种检验组合对应的焊缝系数(见表 8) ;

　　— 增加了 “液体渗透检测和射线检测均按 1 级焊缝的要求执行 ”(见 7. 4. 6. 2) ;

　　— 增加了“当管子外径 ϕ<90 mm 射线检测时 ,像质计可平行于管焊缝放置 ”(见 7. 5. 1. 5) 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国核能标准化技术委员会(SAC/TC58)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 : 中国核动力研究设计院 、上海核工程研究设计院股份有限公司 、中广核工程有限公司 、中国核电工程有限公司 、生态环境部核与辐射安全中心 、中机生产力促进中心 、核工业标准化研究所 。

　　本文件主要起草人 :王庆田、胡朝威、傅孝龙、丁宗华、李燕、谢海、蒋兴钧、肖威、黄宗仁、文静、刘文进、曾忠秀、李红鹰、孙英学、何培峰、郑连刚、邱阳、魏微、冯志鹏、王仲辉、张翟、杨义忠、姚俊俊、林绍萱、张明、薛国宏 、黄磊 、冉小兵 、刘言 午 、黄 建 学 、郭 利 峰 、路 晓 晖 、唐 雨 建 、李 华 、左 树 春 、凌 礼 恭 、李 海 龙 、潘 俊 、宿希慧 、吴飞飞 、李茳 。

　　本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为 :

　　— 1996年首次发布为 GB/T 10702—1996,2019年第一次修订 ;

　　— 本次为第二次修订 ,将其拆分为 8个部分 ,本文件编号调整为 GB/T 16702. 6—2025。

　　Ⅲ

　　GB/T 16702.6—2025

　　引 言

　　GB/T 16702《压水堆核电厂核岛机械设备设计规范》是压水堆核电厂核岛机械设备设计通用技术标准 ,是贯彻我国核安全法规精神 ,积极推进压水堆核电厂核岛机械设备标准技术路线统一 ,促进压水堆核岛机械设备自主设计及国产化进程而制定相关标准中的重要组成部分 。GB/T 16702是指导我国压水堆核电厂核岛机械设备设计活动的基础性和通用性的标准 ,拟由八个部分构成 。

　　— 第 1部分 :总则 。 目的在于规定压水堆核电厂核岛机械设备设计需要遵守的总体要求及与其他部分配套使用的附录 。

　　— 第 2部分 :1 级设备 。 目的在于规定 1 级承压设备的材料 、设计 、制造 、检验 、压力试验及超压保护等设计中所需遵守的要求 。

　　— 第 3部分 :2 级设备 。 目的在于规定 2 级承压设备的材料 、设计 、制造 、检验 、压力试验及超压保护等设计中所需遵守的要求 。

　　— 第 4部分 :3 级设备 。 目的在于规定 3 级承压设备的材料 、设计 、制造 、检验 、压力试验及超压保护等设计中所需遵守的要求 。

　　— 第 5部分 :小型设备 。 目的在于规定小型承压设备的材料 、设计 、制造 、检验 、水压试验及泵的鉴定及验收试验等设计中所需遵守的要求 。

　　— 第 6 部分 :堆内构件 。 目 的在于规定堆内构件的材料 、设计 、制造 、检验等设计中所需遵守的要求 。

　　— 第 7部分 :设备支承 。 目 的 在 于 规 定 压 水 堆 核 电 厂 核 岛 机 械 设 备 支 承 的 设 计 中 所 需 遵 守 的要求 。

　　— 第 8部分 :低压或常压储罐 。 目的在于规定低压或常压储罐的材料 、设计 、制造 、检验及水压试验等设计中所需遵守的要求 。

　　GB/T 16702(所有部分)与 NB/T 20001~NB/T 20009系列标准一起构成适用于我国的压水堆核电厂核岛机械设备设计 、制造的技术标准体系 。该标准体系立足自主核电工程经验 , 吸纳核岛机械设备标准技术路线统一研究成果 ,符合我国核电监管体系要求和工业基础 ,是规范和指导我国压水堆核电厂核岛机械设备设计 、制造等相关活动的重要依据 。

　　本文件重点考虑了堆内构件的设计原则 , 明确了堆内构件的边界划分 ,更新了材料标准号 ,从而完善了堆内构件的材料 、设 计 、制 造 、检 验 、压 力 试 验 及 超 压 保 护 等 设 计 中 所 需 遵 守 的 要 求 。 本 文 件 与GB/T 16702. 1—2025配套使用 。

　　Ⅳ

　　GB/T 16702.6—2025

　　压水堆核电厂核岛机械设备设计规范

　　第 6 部分:堆内构件

　　1 范围

　　本文件规定了压水堆核电厂核岛机械设备中堆内构件的材料 、设计 、制造及检验等要求 。

　　本文件适用于堆内构件及其零部件的设计 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 16702. 1—2025 压水堆核电厂核岛机械设备设计规范 第 1部分 :总则

　　GB/T 16702. 2—2025 压水堆核电厂核岛机械设备设计规范 第 2部分 :1 级设备

　　NB/T 20001—2023 压水堆核电厂核岛机械设备制造规范

　　NB/T 20002. 1 压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范 第 1部分 :通用要求

　　NB/T 20002. 5—2013 压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范 第 5部分 :制造车间评定

　　NB/T 20002. 6—2021 压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范 第 6部分 :产品焊接

　　NB/T

　　20002. 7 压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范

　　第 7部分 :耐磨堆焊

　　NB/T

　　20003. 1—2021 核电厂核岛机械设备无损检测

　　第 1部分 :通用要求

　　NB/T

　　20003. 2—2021 核电厂核岛机械设备无损检测

　　第 2部分 :超声检测

　　NB/T 20003. 3 核电厂核岛机械设备无损检测 第 3部分 :射线检测

　　NB/T 20003. 4 核电厂核岛机械设备无损检测 第 4部分 :渗透检测

　　NB/T 20004—2014 核电厂核岛机械设备材料理化检验方法

　　NB/T 20007. 1 压水堆核电厂用不锈钢 第 1部分 :1、2、3 级奥氏体不锈钢锻件

　　NB/T 20007. 3 压水堆核电厂用不锈钢 第 3部分 :堆芯支承板和上支承板用奥氏体不锈钢锻件

　　NB/T 20007. 5 压水堆核电厂用不锈钢 第 5部分 :1、2、3 级设备用奥氏体不锈钢钢板

　　NB/T 20007. 6 压水堆核电厂用不锈钢 第 6部分 :堆内构件用奥氏体不锈钢板

　　NB/T 20007. 8 压水堆核电厂用不锈钢 第 8部分 :1、2、3 级设备用奥氏体不锈钢无缝钢管

　　NB/T 20007. 15 压水堆核电厂用不锈钢 第 15部分 :堆内构件和堆芯测量密封组件紧固件用冷作硬化奥氏体不锈钢钢棒

　　NB/T

　　20007. 17

　　压水堆核电厂用不锈钢

　　第 17部分 :堆内构件压紧弹性环用马氏体不锈钢锻件

　　NB/T

　　20007. 41

　　压水堆核电厂用不锈钢

　　第 41部分 :堆内构件用奥氏体不锈钢无缝钢管

　　NB/T

　　20007. 45

　　压水堆核电厂用不锈钢

　　第 45部分 : 压紧弹性环用 04Cr13Ni5Mo马氏体不锈

　　钢锻件

　　NB/T

　　20007. 49

　　压水堆核电厂用不锈钢

　　第 49部分 :安全级设备用冷作硬化不锈钢棒

　　NB/T

　　20007. 50

　　压水堆核电厂用不锈钢

　　第 50部分 :安全级设备用奥氏体不锈钢锻件

　　NB/T

　　20007. 51

　　压水堆核电厂用不锈钢

　　第 51部分 :安全级设备用奥氏体不锈钢板

　　NB/T

　　20007. 52

　　压水堆核电厂用不锈钢

　　第 52部分 :安全级设备用奥氏体不锈钢棒和型钢

　　1

　　GB/T 16702.6—2025

　　NB/T 20007. 53 压水堆核电厂用不锈钢 第 53部分 :安全级设备用奥氏体不锈钢无缝钢管

　　NB/T 20008. 4 压水堆核电厂用其他材料 第 4部分 :1、2、3 级镍-铬-铁合金锻 、轧件

　　NB/T 20008. 10

　　压水堆核电厂 用 其 他 材 料

　　第 10部 分 : 堆 内 构 件 和 控 制 棒 驱 动 机 构 用 镍 基 合

　　金棒

　　NB/T 20008. 12

　　压水堆核电厂用其他材料

　　第 12部分 :1、2、3 级设备螺栓 、螺母用锻 、轧棒

　　NB/T 20008. 13

　　压水堆核电厂用其他材料

　　第 13部分 :1、2、3 级螺柱 、螺栓 、螺钉 、螺杆和螺母

　　NB/T 20008. 14

　　压水堆核电厂用其他材料

　　第 14部分 :镍基合金丝

　　NB/T 20008. 24

　　压水堆核电厂用其他材料

　　第 24部分 :堆内构件用 GH4145合金棒

　　NB/T 20008. 28

　　压水堆核电厂用其他材料

　　第 28部分 :安全级设备用 NS3105合金锻件

　　NB/T 20008. 36

　　压水堆核电厂用其他材料

　　第 36部分 :安全级设备用镍基合金丝

　　NB/T 20009(所有部分) 压水堆核电厂用焊接材料

　　3 术语和定义

　　GB/T 16702. 1—2025界定的术语和定义适用于本文件 。

　　4 通则

　　4. 1 文件

　　文件按照 GB/T 16702. 1—2025 中第 6章的要求执行 。

　　4.2 堆内构件的范围和分类

　　4.2. 1 堆内构件的范围

　　在反应堆压力容器内除燃料组件及其相关组件 、控制棒驱动机构 、辐照监督管以及堆芯测量元件之外所有的零部件均属堆内构件 。设计者应根据堆内构件的功能规定它们的选材标准 、制造等级及相应的使用限值 。

　　4.2.2 堆内构件的分类

　　堆内构件中的所有零部件应按 GB/T 16702. 1—2025 中 5. 2. 2. 1 的要求分成堆芯支承结构件(CS)和堆内结构件(IS)两类 。

　　a) 堆芯支承结构件是反应堆内为构成堆芯的燃料组件提供支承和定位约束的结构件 。

　　仅在堆芯支承结构发 生 假 想 的 破 坏 事 故 后 , 对 堆 芯 起 支 承 和 限 位 约 束 作 用 的 结 构 属 于 堆 内构件 。

　　b) 堆内构件中除堆芯支承结构件外均属堆内结构件 。

　　c) 堆内结构件和堆芯支承结构件的连接焊缝属于堆芯支承结构件 。

　　d) 与堆内构件接触或相连接的 、之后又去除的临时性紧固件不属于堆内构件 。 临时性紧固件包括役前仪表的垫板 、拉杆 、支杆和保护罩 、对中用的吊装紧固件等 。

　　4.2.3 边界划分

　　堆芯支承结构件和反应堆压力容器之间的边界应位于堆芯支承结构件的表面 。堆芯支承结构件与反应堆压力容器的第一道连接焊缝应认为是反应堆压力容器的一部分 , 除非焊缝距离反应堆压力容器承压区域大于 2t(t是承压材料的名义厚度) 。 除非规格书另有规定 ,用于连接堆芯支承结构件和反应

　　2

　　GB/T 16702.6—2025

　　堆压力容器之间的机械连接结构属于本文件的范围 。

　　4.3 标识

　　4.3. 1 设备标识的目的

　　零部件标识制度是在设备零部件或焊接接头和与其相关的一套文件之间建立明确联系的识别(设备可追溯)制度 。

　　4.3.2 标识制度与生产管理方法相适应

　　零部件标识制度应与零件或焊缝采用的管理方法类型相匹配 :单件物项控制时 ,每一物项用一个标识编号 ;按批控制时 ,每批采用一个标识编号 。

　　4.3.3 标识方法

　　用于标识部件的方法包括 :

　　a) 蚀刻法(包括钢印 、划线等) ;

　　b) 临时标记法(用油墨 、油漆等) ;

　　c) 标签法 ;

　　d) 工序记录卡 。

　　为满足 4. 3. 1 的规定 ,应规定标识方法并编制标识规程 。

　　4.3.4 标识资料的类型

　　本文件不要求将任何零件或焊缝的原始资料(例如炉号 、批号 、热处理号及焊工号等)标记或写在物项自身 、标签或工序记录卡上 。但是 ,采用的标记或代号应能够清楚地查找到生产管理所需文件 。

　　当部件被分成一批或几批制造时(例如热处理) ,则不需要在每个部件上标出原始的批号 ,只要按新的标识制度能够准确地查找到该部件原来的标识即可 。

　　4.3.5 重新标记和标签的转移

　　如果标识代号在加工中被除掉或抹去 , 制造商应在该零件的另一适当部位 , 重新打上标记或贴上标签 。

　　属于同一批的机加工件 ,每次加工后 ,不必要重新作标记 ,条件是 :

　　— 制造程序能将各批次完全分开 ;

　　— 对废品立即标上清晰的去不掉的标记 。

　　对于钢板 ,其轧制方向对以后的制造或试验(如试验块的切取)有重要意义时 ,则应在该工件上给出轧制方向 。

　　余料应按其用途作标识 。

　　4.3.6 标记方法

　　具体标记方法应符合 NB/T 20001—2023及技术文件的规定 。

　　4.3.7 焊缝标记

　　4.3.7. 1 在大型加工件上的焊缝

　　对于大型加工部件 ,应绘制准确的焊缝分布位置图 。

　　此图可以是一张总体布置图 。 图上应标明焊缝轴线相对于标记系统(这个标记系统可由零件本身

　　3

　　GB/T 16702.6—2025

　　或用作为参考平面的机加工平面组成)的尺寸 。应能容易地用直观方法或普通光学仪器找出识别标记的位置 。

　　对于需要进行射线检测的焊缝 ,此图或附属文件应清楚地指明焊缝和识别标记的位置 , 以便准确地确定射线透照的位置和评片 。

　　4.3.7.2 在其他结构件上的焊缝

　　对其他结构件 ,特别是互换件 ,应绘制一张标明其在设备中的位置的参考图 。此图应为每一结构件提供足够的资料 , 以保证能确定这些结构件的分布位置 。而结构件本身的方法标记则不要求 。

　　5 材料

　　5. 1 概述

　　本章规定了堆内构件涉及的设备零部件所适用的材料标准 、选材要求和使用条件 。

　　5.2 材料选用要求

　　堆内构件零部件的选材应按表 1 的规定并满足 GB/T 16702. 1—2025 中附录 M 的要求 , 当涉及不同的材料牌号时应在设备规格书中给出 ,设计使用的材料的物理性能及力学性能见 GB/T 16702. 1—2025中的附录 A。

　　当材料标准中涉及几个级别时 ,堆芯支承结构件所用材料应满足 1 级设备用材料的要求 ,表 1 中规定的除外 。

　　当选用新的制造工艺或采用新的材料牌号时 ,应按 GB/T 16702. 1—2025中附录 M的要求执行 。

　　堆内构件设备制造中所用焊材应符合相应的 NB/T 20009(所有部分)的要求 。

　　表 1 堆内构件采用的材料标准

　　设备 、零件名称

　　采用的材料标准

　　堆芯支承结构件

　　锻件

　　NB/T 20007. 1、NB/T 20007. 50

　　板材

　　NB/T 20007. 6、NB/T 20007. 51

　　锻件(上支承板和堆芯支承板)

　　NB/T 20007. 3

　　管材

　　NB/T 20007. 8、NB/T 20007. 41、NB/T 20007. 53

　　棒材(螺栓和燃料组件定位销)

　　NB/T 20007. 15、NB/T 20007. 49、NB/T 20007. 52

　　螺栓

　　NB/T 20008. 13、NB/T 20007. 49

　　NS3102锻件

　　NS3105锻件

　　NB/T 20008. 4、NB/T 20008. 28

　　GH4145棒材

　　NB/T 20008. 10、NB/T 20008. 24

　　堆内结构件

　　锻件(出口管嘴)

　　NB/T 20007. 1(2级) 、NB/T 20007. 50

　　板材(热屏蔽)

　　NB/T 20007. 5(2级) 、NB/T 20007. 51

　　棒材(螺栓)

　　NB/T 20007. 15、NB/T 20008. 12a、NB/T 20007. 49、NB/T 20007. 52

　　螺栓

　　NB/T 20008. 13、NB/T 20007. 49

　　4

　　GB/T 16702.6—2025

　　表 1 堆内构件采用的材料标准 (续)

　　设备 、零件名称

　　采用的材料标准

　　堆内结构件

　　锻件(压紧弹簧)

　　NB/T 20007. 17、NB/T 20007. 45

　　GH4145棒材(开口销)

　　NB/T 20008. 10、NB/T 20008. 24

　　丝材(弹簧)

　　NB/T 20008. 14、NB/T 20008. 36

　　a 只适用于导向筒装配用螺钉 。

　　5.3 晶间腐蚀敏感性

　　5.3. 1 按设备对晶间腐蚀敏感性的分类准则

　　对于晶间腐蚀的敏感性 ,本章涉及的奥氏体或奥氏体-铁素体不锈钢部件及其零件 ,应按照制品(钢板 、钢管 、锻件等)的类型 、厚度和制造操作划归下述的某一组中 :

　　— 1组 :在使用中避免晶间腐蚀的危险 ,材料在固溶热处理后 ,在制造过程中进行焊接 、热加工或热处理(425 ℃以上) ,但随后不再进行固溶热处理 ;

　　— 2组 :在使用中避免晶间腐蚀的危险 ,材料在固溶热处理后既不进行焊接 ,也不进行热加工或热处理(425 ℃以上) 。

　　虽然晶间腐蚀是一种偶然事件 ,但宜避免晶间腐蚀的风险 。

　　5.3.2 对晶间腐蚀敏感性的要求

　　5.3.2. 1 钢种的选择

　　应按以下限定的范围选用钢材 。第 1组限制严于第 2组 。

　　对于第 1组 :含钼或不含钼的超低碳奥氏体不锈钢(包括控氮不锈钢) ,或者奥氏体-铁素体钢铸件 。当保证部件的最终使用状态满足设计对晶间腐蚀敏感性要求时 ,可采用低碳奥氏体不锈钢 。

　　对于第 2组 :含钼或不含钼低碳奥氏体不锈钢(如 :05Cr19Ni10)和螺栓材料(如 :06Cr17Ni12Mo2) 。

　　堆内构件设备规格书中应具体规定使用某组的钢材 。

　　5.3.2.2 晶间腐蚀敏感性的检测

　　对于第 1组材料 ,除非在技术规格书有明确的规定 ,在经熔炼分析测得的碳含量是下述情况时 ,应进行晶间腐蚀敏感性的检测 :

　　— 含碳量大于 0. 030%的奥氏体不锈钢 ;

　　— 含碳量大于 0. 035%的奥氏体控氮不锈钢 。

　　对于第 2组类奥氏体不锈钢 :在经浇包分析测得的含碳量大于 0. 030%的情况下 ,按 NB/T 20004— 2014中第 18章方法一的规定执行 , 固溶处理的试样不需要进行敏化处理 。

　　上述要求应包括在相关技术规格书中 。

　　5.4 堆内构件用材中的钴含量

　　在堆内构件中的零部件如果已有专门的采购技术规格书 ,则其钴含量应符合采购技术规格书中的规定 。

　　采购技术规格书未规定的零部件分为两种 。

　　5

　　GB/T 16702.6—2025

　　— 对那些靠近堆芯 ,受到强中子辐照的零部件 ,其最高钴含量应不大于 0. 06% 。在设备规格书中应逐个列出这些零部件 。具体地说 ,它们包括下段吊篮筒体 、围板 、成形板和热屏蔽 。

　　— 其他零部件的最高钴含量不大于 0. 20% , 目标值不大于 0. 10% 。

　　6 设计

　　6. 1 设计总则

　　6. 1. 1 目的

　　本章规定了适用于堆芯支承结构件应力强度计算及其在设备规格书中规定的载荷作用下的性能分析规则 。如果堆内构件设 备 规 格 书 要 求 对 堆 内 构 件 进 行 完 整 性 评 定 , 则 参 考 堆 芯 支 承 结 构 件 的 要 求执行 。

　　这些规则并未涉及堆内构件在密封 、机动性及变形方面要求 。这些功能方面的考虑应将在堆内构件的设备规格书中给予具体规定 。

　　6. 1.2 工况

　　6. 1.2. 1 设计工况

　　设计工况是以 6. 1. 3. 2 中所给的设计载荷来表征的工况 。设计载荷是以设备在正常工况下所承受的最大载荷确定的 。

　　6. 1.2.2 正常工况

　　正常工况是指设备在正常运行期间所处的工况 , 即稳态功率运行和相对于正常运行时的瞬态过程 。

　　6. 1.2.3 扰动工况

　　扰动工况是指由设备正常运行故障时所处的工况 。

　　6. 1.2.4 紧急工况

　　紧急工况是指设备在稀有的事故情况下所处的工况 。

　　6. 1.2.5 事故工况

　　事故工况是指极不可能出现的但其后果应予以研究的工况 。

　　6. 1.3 载荷规则

　　6. 1.3. 1 载荷

　　上述每一工况都有一组与之相应的环境作用 ,如压力 、力 、热流量 、辐射 、腐蚀等 。其中有些环境作用会产生使部件发生形变作用的机械功 ,这些产生机械功的环境作用称为载荷 。

　　考虑不同载荷同时发生作用的组合称为载荷组合 。

　　构成载荷组合的载荷包括但不局限于以下内容 :

　　a) 冷却剂流动引起的压差 ;

　　b) 堆内构件的自重 ;

　　c) 由堆芯 、流量分配组件 、围板 、热屏蔽和安全设备等施加的载荷 ;

　　d) 地震载荷和反应堆压力容器的运动所引起的其他载荷 ;

　　6

　　GB/T 16702.6—2025

　　e) 来自支承和约束的反力 ;

　　f) 热效应 、温度梯度或膨胀差引起的载荷 ;

　　g) 流体冲击和流体流动的载荷 ;

　　h) 主管道破裂产生的瞬时压差载荷 ;

　　i) 振动载荷 ;

　　j) 控制棒驱动机构的运行和落棒产生的载荷 ;

　　k) 换料或在役检查的准备过程中或在进行中所产生的载荷 。

　　6. 1.3.2 设计工况载荷

　　6. 1.3.2. 1 设计压差

　　定义如下 :

　　规定的设计压差不应低于正常运行工况下堆芯支承结构件内外之间最大压差 。

　　在 6. 2. 3. 3、6. 2. 3. 8. 1、6. 2. 3. 8. 2、6. 2. 3. 8. 4、6. 2. 4. 3 a) 、6. 2. 3. 4. 1 和 6. 2. 5. 2 的应力强度的验算中采用设计压差 。 当可预先确定结构不同区域在运行中有不同压差时 ,每个区域的设计压差可按该区域的预计值取 。

　　设计压差包括压差波动允许偏差 。

　　6. 1.3.2.2 设计温度

　　不同区域的设计温度不应低于正常工况中沿该区壁厚平均温度的最高值 。在确定设计温度时 ,要堆芯支承结构受 γ射线辐照加热的影响需纳入考虑范围 。

　　设计温度应与 6. 1. 3. 2. 1 中确定的设计压差结合起来使用 。必要时 ,金属温度可通过对设备在相同使用条件下进行的分析或测量来确定 。

　　在任何情况下 ,金属温度都不应超过 GB/T 16702. 1—2025 中附录 A规定的最高温度 。

　　6. 1.3.2.3 其他设计载荷

　　其他设计载荷的选 取 应 使 由 这 些 载 荷 与 压 差 载 荷 联 合 构 成 的 载 荷 组 包 络 正 常 运 行 工 况 的 所 有载荷 。

　　应在设备规格书中规定机械载荷的数值 。

　　考虑的其他载荷中应包括地震效应和由内部或外部条件引起的作用力 。

　　堆芯支承结构件的布局和支撑应以尽量降低振动为原则 。

　　6. 1.4 准则的级别

　　对与每一种或每一类工况相应的每一载荷都应规定一个与之相应的准则级别 。此级别至少应与6. 1. 5 中规定的级别一样严格 。准则级别应在设备规格书中指明 。

　　每一准则级别都有一组应力限值与之相对应 。所规定的应力限值取决于结构完整性要求 。

　　6. 1.5 适用于各种载荷工况的最低准则级别

　　6. 1.5. 1 设计工况

　　设计工况应满足 0 级准则 。

　　6. 1.5.2 正常工况

　　正常工况下应满足 A级准则 。

　　7

　　GB/T 16702.6—2025

　　6. 1.5.3 扰动工况

　　在堆内构件设备规格书中对扰动工况的规定至少应满足 B级准则 。

　　6. 1.5.4 紧急工况

　　在堆内构件设备规格书中对紧急工况的规定至少应满足 C级准则 。

　　6. 1.5.5 事故工况

　　在堆内构件设备规格书中对事故工况的规定至少应满足 D级准则 。

　　6. 1.6 应力分析报告

　　对遵循本章各项规则的所有零部件都必须有应力分析报告 。应力分析报告论证堆内构件设备规格书中规定的所有载荷都遵守本章的准则 。

　　应力分析报告还应论证包含在堆内构件设备规格书中的任何附加设计要求也得到满足 。

　　6. 1.7 特殊考虑

　　6. 1.7. 1 腐蚀

　　如果在使用中 , 由于内部介质或周围环境的作用 ,使表面产生腐蚀 、浸蚀或磨损 ,而有可能导致壁厚减薄时 ,应预留足以补偿部件在设计寿期内的厚度减薄量 ,这个量称为腐蚀裕量 。应将该腐蚀裕量加到按本章确定的厚度上去 。

　　可根据所预测的腐蚀速度 ,对于设备的不同部位取不同的腐蚀裕量 。

　　6. 1.7.2 堆焊层

　　堆芯支承结构件的堆焊层不影响其结构强度 。

　　在设计部件尺寸时 ,若是承受内压差的结构 ,其内径应取自堆焊层的名义内表面 ,若是承受外压差的结构 ,其外径应取自母材的外表面 。

　　如果要加结构性堆焊层 ,应提供适当的规则 。

　　6. 1.7.3 异种金属的焊接

　　应特别注意不同膨胀系数的异种金属的焊接接头设计和焊接接头的性能 。

　　6.2 堆内构件结构性能分析规则

　　6.2. 1 一般要求

　　6.2. 1. 1 分析的目的

　　在设计的每一类工况(见 6. 1. 2)下所遵循一组的相应的准则 ,应能确保材料在经受该工况相关的载荷时不致遭到对应类型的破坏 。

　　分析的目的在于验证根据分析方法和相应准则级别选定的那些准则是否得到满足 。 在验证过程中 ,使用切实可行的分析方法确定一些重要的量值 ,并将它们与其最大允许值进行比较 。

　　6.2. 1.2 合格条件

　　用分析法设计堆内构件的合格条件符合下列要求 。

　　8

　　GB/T 16702.6—2025

　　a) 分析所获得的应力强度应不超过 6. 2 规定的极限 ,使用的 Sm 均列于 GB/T 16702. 1—2025的表 A. 1、表 A. 2 和表 A. 3 中 。

　　b) 设计细节应遵守 6. 1 和 6. 3 的各项要求 。特别是焊接结构设计的规定(分析中应使用焊缝系数 n 和疲劳系数 f) 。

　　c) 对产生压应力的结构分析要结合临界屈曲应力 ,应按 GB/T 16702. 1—2025 中的附录 D进行 。对有外压差存在的特殊情况和 6. 2. 3. 3. 4 所包括的部件[弹性分析(采用 0 级准则)]的结构分析应按 GB/T 16702. 1—2025 中的附录 D进行(除 D. 1. 1外) 。

　　GB/T 16702. 1—2025 中的图 D. 10~D. 14可用来确定压应力的大小 。

　　C级准则见 6. 2. 3. 6。

　　椭圆度偏差要求按 NB/T 20001—2013执行 。

　　在有动压差的地方 ,允许的压差应满足 GB/T 16702. 1—2025 中附录 D 的要求或者限制在正常运行工况下动态不稳定性压差的 25% 。

　　6.2. 1.3 分析方法

　　分析的第一步是选择分析方法 。

　　本章中的规则是建立在尽可能广泛地采用线弹性理论的基础上 , 而准则是用弹性计算所获得的应力组合来表示的 。但是 , 由于绝大多数损伤型式与塑性变形有关 , 因而各准则直接涉及构件的弹塑性行为 。

　　在某些特殊情况下 ,可使用塑性计算方法确定在某种载荷的作用下局部及整体变形 。这些方法通常要求更大的计算量和确定加载过程 。

　　也可使用试验的方法 。在这种情况下 ,对某一构件的比例模型或它的某些零件加载以便确定变形和应力 ,或者确定与所研究的破坏型式相关的安全裕量 。

　　有 4种方法可供选择 :

　　— 弹性分析 ,见 6. 2. 3;

　　— 弹塑性分析 ,见 6. 2. 4. 2 和 6. 2. 4. 3;

　　— 实验分析法 ,见 6. 2. 4. 5;

　　— 应力比法 ,见 6. 2. 4. 4。

　　6.2. 1.4 计算区域

　　在分析某种单一破坏模式时 , 由于计算技术方面的原因 ,常需将整个结构分成若干区域 。在这种情况下 ,应对结构进行整体的分析 , 以便确定所考虑的每种载荷情况下作用在区域边界上的载荷和位移以及区域之间的联系 。

　　6.2. 1.5 方法的综合使用

　　各种分析方法均可使用 ,要求如下 。

　　a) 对单一结构的不同区域进行分析 ,应根据整体分析的结果选择区域边界的连接 、载荷和位移以便获得被分析区域上所考虑的每种损伤型式的抗力的最保守估计 。

　　b) 对某一单一计算区域 ,应分析该区域在同类或不同类载荷工况下的结构性能 。

　　对于正常和扰动工况 ,应从整体上进行疲劳分析研究 。在这种情况下 ,应专门论证同时采用几种分析方法的合理性 。

　　6.2.2 应力分析基本概念

　　6.2.2. 1 不连续性

　　不连续性定义如下 。

　　9

　　GB/T 16702.6—2025

　　a) 整体结构不连续性 。

　　这是一种几何形状或材料上的不连续性 。它影响壳型承压结构沿其整个壁厚的应力或应变分布 , 因此对结构的整体性能有重要影响 。

　　整体结构不连续性的例子有 : 封头与壳体 、法兰与壳体 、接管与壳体之间的连接 , 以 及 不 同 直径 、不同厚度 、不同材料的壳体之间的连接 。

　　整体结构不连续性应力 ,是应力实际分布的组成部分 , 它们沿壁厚积分以后 , 可得到在截面上的合力和合力矩 。

　　b) 局部结构不连续性 。

　　这是另一种几何形 状 上 或 材 料 上 的 不 连 续 性 , 它 只 影 响 沿 部 分 壁 厚 的 应 力 或 应 变 分 布 。 因此 ,对结构的整体性能无重大影响 。此种结构不连续性导致的应力分布只能引起很有限的局部变形 。

　　局部结构不连续性的例子有 :小圆角半径 、小附件和部分未焊透的焊缝 。

　　6.2.2.2 应力

　　应力分类如下 。

　　a) 正应力 。

　　正应力是应力矢量在参考面法向上的分量 。

　　正应力在器壁厚度内的分布通常是不均匀的 。此时正应力可认为是以下两个分量之和 :一个是常量并等于应力沿厚度的平均值 ;另一个是沿厚度变化的分量 。

　　b) 剪应力 。

　　剪应力是参考面上的应力矢量在其上的投影 。

　　c) 薄膜应力 。

　　薄膜应力是正应力或剪应力沿壁厚的平均值 。

　　d) 弯曲应力 。

　　弯曲应力是在厚度的任何一点处 , 由 a)定义的正应力与 c)定义的薄膜应力之差值 。 弯曲应力沿壁厚可呈线性或非线性分布 。

　　e) 机械应力 。

　　机械应力是由诸如内压 、重量 、地震等机械载荷的施加而引起的应力 。它有别于热应力 。

　　f) 热应力 。

　　热应力是一种自平衡应力 ,它是由于器壁中温度的不均匀分布 ,或由于膨胀系数的不同而引起的 。 当温度变化时 ,如果材料受到阻碍不能自由伸缩 ,在其内部也会产生热应力 。

　　为能运用应力准则 ,按材料发生变形的体积大小,热应力可分为两种类型 。

　　1) 总体热应力 :它是由整个壁厚上的胀差引起的 。如果在略去应力集中影响后 ,此种应力的变化幅度超过材料屈服极限的两倍 ,则弹性分析可能无效 ,而连续的热循环可能产生渐进变形 。此种应力在进行应力分类时视为二次应力 。 总体热应力的例子如下 。

　　— 筒体中因轴向温度分布或两种不同材料相接而引起的应力 。

　　— 由壳体与其接管间温差而产生的应力 。

　　— 壳壁中因径向温度分布所产生的当量的线性分布应力 。其与真实应力有相同的力矩和平均值 。

　　2) 局部热应力是由于沿壁厚胀差几乎完全被抑制而产生的应力 。 因此 ,不会引起构件的明显变形 。

　　此类应力仅从疲劳损伤的观点,才予以考虑 。 因此视为局部应力 。在评估局部热应力时 ,应采用 6. 2. 3. 8. 6 b)所述之程序 。局部热应力的例子如下 :

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　　GB/T 16702.6—2025

　　— 由部件壁上一热点引起的应力 ;

　　— 壳壁中由径向温度分布产生的实际应力与当量线性应力之差 ;

　　— 膨胀系数与母材不同的堆焊层中的热应力 。

　　g) 总应力 。

　　总应力是在所考虑的各种因素作用下 ,结构器壁的某一点上所得到的应力值 ,它是一次应力 、二次应力和峰值应力之和 。

　　在进行分析时 ,为能正确使用不同分析类型的各种准则 , 总应力要分解成几个适当的基本应力类型 。

　　h) 自 由端位移 。

　　自 由端位移是指若把两个互相连接的结构分割开的话 ,它们之间所能产生的相对位移 。这类位移的例子有 : 因管系 、设备及其支承间相对热膨胀的存在而出现 ,或者因除管道之外的其他原因使设备受到转动而可能出现的相对位移 。

　　i) 膨胀应力 。

　　膨胀应力是由于堆芯支承结构件的位移受到限制而产生的一种应力 。

　　6.2.2.3 A 级和 B 级准则有关的一些定义

　　以下是与验证 A级和 B级准则有关的一些定义 。

　　a) 工况 。

　　任何工况都按下面模式用各种效应的演化来表征 :

　　— 稳态 ;

　　— 效应的变化 ;

　　— 恢复稳态 。

　　b) 应力或应变循环 。

　　一种工况 ,可能引出一种或几种应变或应力循环 。 在循环过程中 ,应力或应变由一初始值出发 ,经过代数最大和最小值 ,又回到初始值 。

　　动态效应也要看作是一种应力或应变循环 。

　　c) 塑性适应(弹性安定) 。

　　在循环载荷作用下 ,如果经过几个循环以后 ,结构所有各点上的行为都变为弹性 ,该结构便处于塑性适应(弹性安定)状态 。

　　d) 塑性稳定(塑性安定) 。

　　在循环载荷作用下 ,如果经过几个循环后 ,在每次循环中都保持同样的弹-塑性行为 ,则认为该结构产生了塑性稳定 。

　　在塑性稳定情况下不存在渐进变形的可能性 。

　　e) 总体塑性适应(总体线性安定) 。

　　总体塑性适应是结构的一种塑性稳定状态 ,在这种状态下 ,塑性变形仅仅出现在尺寸远小于所考虑的截面厚度的变形集中区 。此时 ,结构的响应基本上是弹性的 , 因为受到 弹 性 部 分 的 约束 ,阻止了塑性变形的发展 。变形集中效应主要取决于几何形状和载荷 ,受材料本身的应力-应变关系的影响甚微 。

　　f) 疲劳强度减弱系数 。

　　疲劳强度减弱系数是一种应力集中系数 ,是由于结构上存在着影响疲劳强度的局部不连续而引起的 。

　　在无试验数据时 ,可采用理论应力集中系数 。

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　　GB/T 16702.6—2025

　　6.2.3 弹性分析

　　6.2.3. 1 有关应力的基本概念

　　以下是有关应力的内容 。

　　a) 准则 。

　　这些准则包括 :

　　— 把应力的分量分成若干类 ,这一过程称作应力的分类 ;

　　— 把进行准则检验所涉及的应力类别按分量进行组合 ;

　　— 把从这些组合求得的各种标量和规定的应力限值进行比较 。

　　b) 一次应力 。

　　一次应力是指由外加载荷引起的任何正应力或剪应力 ,其直接参与平衡机械载荷 。 因此 , 即使出现塑性变形 ,一次应力也将继续存在 。 一旦一次应力超过了材料的屈服强度 , 就存在发生过度变形的风险 。热应力不属于一次应力 。

　　一次应力的例子有 :

　　— 圆柱壳因内压差或分布动载荷引起的总体薄膜应力 ;

　　— 因压差在平顶盖中心部分引起的弯曲应力 。

　　总体一次薄膜应力是分布于结构中一种应力 ,其分布方式不会因结构屈服而发生载荷的重新分布 。

　　c) 二次应力 。

　　二次应力是指这样一种正应力或剪应力 ,一旦对一次应力加以限制 ,对它也应施加限制 , 以使结构处于总体塑性适应状态 。 总体适应性确保不发生渐进性变形 , 限制塑性变形集中区的扩大 ,使得这些局部区域的应变幅值受到周围处于弹性循环条件下的材料的限制 。 这种条件使得设备疲劳强度分析所用弹性分析方法有效 。

　　当部件受到机械载荷或热膨胀作用时 ,二次应力与部件或所分析区域的各相邻部分之间变形协调性有关 。 当有塑性变形时 ,其结果就能保证这种协调性 。

　　二次应力的基本特征是它具有 自 限性 。局部屈服和较小的变形就足以满足产生 这 种 应 力 的条件 。

　　二次应力的例子有 :

　　— 总体热应力 ;

　　— 总体结构不连续处的弯曲应力 。

　　d) 峰值应力 。

　　某点的峰值应力是总体应力与具有相同力矩和相同平均值的一次加二次应力线性分布所对应的应力之差 。

　　峰值应力的基本特征是 :它不可能引起任何总体变形 。 因此 ,仅在考虑疲劳或快速断裂风险时才考虑 。实际上 ,在疲劳强度分析中考虑的正是所有外部载荷在某一点上引起的总应力 。

　　一个虽然不是高度局部化的应力 , 如果它属于不能引起明显的变形的那种类型 ,也属于峰值应力 。

　　峰值应力的例子有 :

　　— 壳体内流体热冲击在壳壁中产生的应力 ;

　　— 结构局部不连续性而引起的应力 。

　　e) 应力强度 。

　　结构某一点上的应力强度 ,是由该点的应力状态 ,根据破坏理论推导出的一个值 ,并将该值与

　　12

　　GB/T 16702.6—2025

　　单轴拉伸试验得到的材料机械性能进行对比 。

　　在弹性分析中 ,使用 Tresca屈服准则 。运用该准则时 ,要考虑的有效应力等于计算出的该点的最大剪应力的 2倍 。

　　这个 2倍的最大剪应力等于 3个主应力中代数值最大者与代数值最小者之差 ,规定拉应力为正 ,压应力为负 。该应力常称为 “组合应力当量强度 ”,本规则中称为 “应力强度 ”。

　　f) 应力的分类 。

　　通过分析确定的应力 , 要按照前面所定义的应力类型进行归类 。 而 0 级 、A 级 、B 级 、C 级 和D级准则对每类应力相应的应力强度都分别规定了一个限值 。

　　各类应力表示符号如下 :

　　Pm — 总体一次薄膜应力 :6. 2. 3. 1 b) ;

　　Pb — 一次弯曲应力 :6. 2. 3. 1 b) ;

　　Pe — 热膨胀应力 :6. 2. 2. 2 i) ;

　　Q — 二次应力 :6. 2. 3. 1 c) ;

　　F — 峰值应力 :6. 2. 3. 1 d) 。

　　在下一步分析中 ,在沿壁厚平均化和线性化应力之前 ,应求出每一组工况的各类应力的应力分量代数和 。

　　表 2列出了几种典型情况的应力分类 。

　　表 2 典型情况的应力分类

　　堆芯支承结构件

　　部位

　　应力来源

　　应力类型

　　分类

　　圆柱壳

　　或球壳

　　远离不连续处的壳体部分

　　压差

　　总体薄膜应力

　　Pm

　　沿壳壁厚度的应力梯度

　　Q

　　轴向热梯度

　　薄膜应力

　　弯曲应力

　　Q

　　Q

　　与封头或法兰连接处

　　压差

　　薄膜应力

　　弯曲应力

　　Q

　　Q

　　任何壳体或封头

　　壳体的任何截面

　　外载荷或力矩或压差

　　沿整个截面平均的总体薄膜应力

　　Pm

　　外载荷或力矩

　　整个截面的弯曲应力 ,应力分量垂直于横截面

　　Pm

　　管嘴或其他开孔附近

　　外载荷或力矩或压差

　　薄膜应力

　　弯曲应力

　　峰值应力(圆角 、拐角)

　　Q

　　Q

　　F

　　任何位置

　　壳 体 与 封 头 之 间 的温差

　　薄膜应力

　　弯曲应力

　　Q

　　Q

　　碟形或锥形封头

　　碟或锥冠

　　压差

　　总体薄膜应力弯曲应力

　　Pm

　　Pb

　　转角或与壳体连接处

　　压差

　　薄膜应力

　　弯曲应力

　　Qa

　　Q

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　　GB/T 16702.6—2025

　　表 2 典型情况的应力分类 (续)

　　堆芯支承结构件

　　部位

　　应力来源

　　应力类型

　　分类

　　平封头

　　中心区域

　　压差

　　总体薄膜应力弯曲应力

　　Pm

　　Pb

　　与壳体连接处

　　压差

　　薄膜应力

　　弯曲应力

　　Q

　　Q

　　开孔的

　　封头

　　或壳体

　　孔区均匀分布的典型孔带

　　压差或外载荷

　　薄膜应力(沿横截面的平均值)

　　弯曲应力(沿板孔带宽度平均但沿板厚有梯度)峰值应力

　　Pm

　　Pb

　　F

　　弧立的或非典型孔带

　　压差

　　薄膜应力

　　弯曲应力

　　峰值应力

　　Q

　　F

　　F

　　管嘴

　　垂直于管嘴轴线的横截面

　　外载荷或力矩或压差

　　总体薄膜应力弯曲应力

　　Pm

　　Pm

　　管嘴壁

　　压差

　　总体薄膜应力薄膜应力

　　弯曲应力

　　峰值应力

　　Pm

　　Q

　　Q

　　F

　　F

　　膨胀差

　　薄膜应力

　　弯曲应力

　　峰值应力

　　Q

　　Q

　　F

　　堆焊层

　　任意

　　膨胀差

　　薄膜应力

　　弯曲应力

　　F

　　F

　　任意

　　任意

　　径向热梯度b

　　由线性当量弯曲部分引起的应力 c

　　由非线性部分引起的应力

　　Q

　　F

　　任意

　　任意

　　任意

　　应力集中

　　F

　　a 直径与厚度比大的壳体中 ,还应将皱折和过分变形纳入考虑 。

　　b 热应力棘轮的可能性 。

　　c 当量线性应力 ,是指与实际应力分布具有相同的净弯曲力矩的线性应力分布 。

　　6.2.3.2 应力分析

　　6.2.3.2. 1 截面中平均应力和线性应力的确定

　　在确定一个给定截面的薄膜应力强度(见 6. 2. 3. 2. 2)和薄膜加弯曲应力强度(见 6. 2. 3. 2. 3) 时 ,应首先按下述方法确定(如果必要的话)各应力分量沿该截面厚度的平均值和线性分布 。

　　根据结构的应力状态 ,求出给定截面上的应力分量分布 ,并用该截面上的正交局部坐标(x,y,z)表示它们 。对于旋转壳 ,径向 、纵向和周向给出特定的坐标系 。

　　然后做如下计算 。

　　a) 沿器壁厚的应力分量平均值 。这些分量应按该截面局部坐标加以规定 。并按以下方式标注 :

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　　GB/T 16702.6—2025

　　— 3个薄膜正应力 :σmx、σmy、σmz ;

　　— 3个平均剪应力 :τmxy、τmyz、τmzx。

　　b) 薄膜应力加弯曲应力就是应力分量沿厚度作线性分布的内外表面上的极值 。 这些应力分量按以下方式标注 :

　　— 3个薄膜正应力加弯曲应力 :σmx +σfx,σmy+σfy ,σmz+σfz ;

　　— 3个线性分布剪应力 :τ1xy、τ1yz、τ1zx。

　　6.2.3.2.2 总体一次薄膜应力强度 Pm

　　总体一次薄膜应力强度是在总体不连续性区域之外来确定的 。根据按 6. 2. 3. 2. 1 确定的应力分量σmx、σmy、σmz、τmxy、τmyz、τmzx导出 3个主应力 σm1 、σm2 、σm3 。

　　计算下列 3个应力差 :

　　膜强---Pm 是 Sm12、Sm23、Sm31 中绝对值最大的一个 。

　　由地震载荷引起的应力 ,应与由其他载荷引起的应力按分量相加 ,所用的符号应使总体一次薄膜应力强度得到最大值 。

　　6.2.3.2.3 一次薄膜应力加弯曲应力强度(Pm +Pb)

　　根据 6. 2. 3. 2. 1 沿所考虑的截面 ,按分量逐个线性化一次应力分量 。

　　然后 ,根据线性化得到的应力张量 σmx +σfz、σmy +σfy、σmz +σfz、τ1xy、τ1yz、τ1zx, 在每一表面确定 3 个主应力 σ11、σ12、σ13和 3个主应力之差 S112、S123 、S131 。 薄膜应力强度加弯曲应力强度是 S112、S123 、S131三者中的绝对值最大者 。

　　由地震载荷引起的应力 ,应与由其他载荷引起的应力按分量相加 ,所用符号应使一次薄膜应力加弯曲应力强度(Pm +Pb )得到最大值 。

　　6.2.3.2.4 任一点应力变化幅值的计算

　　单点的应力变化幅值应根据由指定的稳态工况和瞬态工况求得的应力循环来确定 。按如下要求确定应力 。

　　a) 主应力方向不变的情况 。

　　1) 令 x1 、x2 、x3 为主方向 。σi 为主方向 xi 上的应力 。一点的各主应力均看作是随时间而变化的 。

　　2) 对整个循环而言 ,下述应力差 Sij是时间的函数 :

　　3) 确定循环中 Sij 的最大值和最小值 :

　　--- 。

　　通过计算各循环 Sij最大值与最小值之差得出各循环的 Sij 的变化范围(Sr)ij , 幅值 Sr 等于循环中(Sr)ij最大值 。

　　b) 主应力方向改变的情况 。

　　在应力循环过程中 ,若所考虑的点上的主应力方向是变化的 ,应采用下列步骤予以计算 。

　　1) 令 σz、σy、σz、τxy、τyz、τzx,为所分析的部件的某一点上随时间变化的应力张量的 6 个分量 。

　　计算中考虑了 6. 2. 3. 2. 5 和 6. 2. 3. 2. 6 中各条款 。

　　15

　　GB/T 16702.6—2025

　　2) 在设备的整个使用寿命期间选取一个时间点,这一时刻对应着应力极值状态 ,并将此时间点的各应力分量加上角标 K。

　　3) 从随时间变化的应 力 分 量 σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx 中 分 别 减 去 前 面 确 定 的 6 个 分 量(σx ) k、 (σy) k、(σz) k、(τxy) k、(τyz) k、(τzx) k,把计算结果写成以下形式 :

　　(σ'x) k、(σ'y) k、(σ'z) k、(τ'xy) k、(τ'yz) k、(τ'zx) k。

　　4) 从这些应力分量推算出主应力(σ'1 ) k、(σ'2 ) k、(σ'3 ) k 。 这些主应力的方向可以随时间而改变 。在转变方向时 ,仍然保持其原有的识别符号 。

　　5) 计算每一时间点的应力差(S'ij) k :

　　((S(S)'''23(12))) k(k)((σ(σ)'''2(1))) k(k)-- ((σ(σ)''3(')2))kk

　　应(S力31幅)k((S(σ)r3)等(k)-于(σ所1有)k。时刻应力差(S'ij) k 中绝对值最大者 。

　　6) 在某些情况下 ,很难找到应力是极值的时刻 。 这时就需要按上述 3) ~ 5) 的步骤 ,试着对

　　一些不同的瞬间计算其(Sr) k, 以找出一个能使应力幅值为最大值的时间点 。

　　应力幅值 Sr 是(Sr) k 中绝对值最大的 。

　　6.2.3.2.5 一次加二次应力的变化范围 Δ(Pm +Pb +Q)

　　在验证 6. 2. 2. 3 e)所述之总体塑性适应条件时 ,应根据 6. 2. 3. 2. 4 的规则 ,确定一次加二次应力的变化幅值 。其中 ,一次加二次应力按照 6. 2. 3. 4. 2 的规定进行考虑 。

　　在此情况下 6. 2. 3. 2. 4所述之 Sr 应标作 Sn。

　　在每一个时刻上都宜考虑由地震载荷引起的循环变化应力 。所选用的符号应使本条所述之应力幅值为最大 。

　　在按照 6. 2. 3. 2. 4计算主应力之前 ,首先要对地震载荷和其他载荷产生的各应力分量进行计算 。

　　6.2.3.2.6 总应力变化范围 Δ(Pm +Pb +Q+F)

　　在验证疲劳强度时 ,按 6. 2. 3. 2. 4 的规定计算总应力幅值[总应力见 6. 2. 2. 2 g)] 。其中 ,应力是由部件承受的全部载荷所引起的 ,应根据 6. 2. 3. 4 中的规定和要求去予以考虑 。

　　在此情况下 ,6. 2. 3. 2. 4所述之 Sr 应标作 Sp。

　　由规定的地震载荷引 起 的 循 环 变 化 应 力 可 认 为 总 是 存 在 的 。 当 6. 2. 3. 4. 5 b) 要 求 时 , 应 在 计 算6. 2. 3. 2. 4所述之主应力以前 ,在应力分量的基础上把地震载荷引起应力与其他载荷引起的应力进行合成 。这些应力的组合应使所考虑的应力幅值为最大 。

　　6.2.3.2.7 基本许用应力强度

　　在本章所列准则的表述中使用的各种材料的基本许用应力强度(Sm ) ,分别列于 GB/T 16702. 1— 2025的表 A. 1、表 A. 2 和表 A. 3 中 。

　　对应于中间温度的值 ,可用线性内插法确定 。

　　材料的屈服强度值 、导热系数 、热扩散系数 、膨胀系数和弹性模量 ,分别列于 GB/T 16702. 1—2025的表 A. 7、表 A. 8、表 A. 13、表 A. 14、表 A. 15、表 A. 16和表 A. 17中 。

　　为验证 6. 2. 3. 4所列各项要求而采用的疲劳曲线 ,列于 GB/T 16702. 1—2025的表 A. 12 中 。

　　6.2.3.3 适用于非螺纹结构紧固件的堆芯支承结构件的 0 级准则

　　6.2.3.3. 1 总体一次薄膜应力限值

　　根据 6. 1. 3. 2定义的各类设计载荷 ,按照 6. 2. 3. 2. 2 的规则确定总体一次薄膜应力强度 。

　　16

　　GB/T 16702.6—2025

　　依照 6. 2. 3. 2. 1 的规定 ,对沿壁厚分布的应力取平均值 。这个平均过程应在确定应力强度之前 ,按应力分量进行 。此应力强度的许用值为设计温度下的 Sm (见 6. 2. 3. 2. 7) 。

　　6.2.3.3.2 总体一次薄膜应力加一次弯曲应力强度的限值

　　一次薄膜加一次应力强度 Pm +Pb 是按 6. 2. 3. 2. 3 根据设计压差和规定的其他设计载荷在结构表面上确定的 。此应力强度的许用值为 1. 5Sm (见 6. 2. 3. 2. 7) 。

　　6.2.3.3.3 开孔补强

　　如果在堆内构件设备规格书中 ,要求对堆芯支承结构进行补强设计 , 可采用 GB/T 16702. 1—2025中的附录 G对 1 级容器的开孔补强规则 。

　　6.2.3.3.4 承受外压的结构

　　承受均匀外压的设备 ,应按 6. 2. 1. 2 c)的规定进行设计 。

　　6.2.3.4 适用于非螺纹结构紧固件的堆芯支承结构件的 A 级准则

　　6.2.3.4. 1 总体一次薄膜加弯曲应力强度限值

　　总体一次薄膜应力强度 Pm 和总体一次薄膜加一次弯曲应力强度 Pm +Pb,可按 6. 2. 3. 2. 3 的规定 ,由要求满足 A级准则的工况中规定的设计压差和其他设计机械载荷引起的应力在表层上求出 。

　　这些应力强度的许用值分别由 6. 2. 3. 3. 1 和 6. 2. 3. 3. 2规定 。

　　A级准则应力类型及相应的应力强度限值见表 5。

　　6.2.3.4.2 适用于一次加二次应力幅值的限值

　　一次加二次应力的幅值 Sn 按 6. 2. 3. 2. 5 在表层上确定 , 即由要求满足 A级准则的工况的压差及其他机械载荷和热载荷所引起总体一次薄膜应力加一次弯曲应力以及二次应力之和求出 。其中 ,应包括整体结构的不连续性的影响 ,但不包括局部结构的不连续性的影响(应力集中) 。

　　在表 5 中标为 Δ(Pm +Pb +Q)的量是变化幅值 Sn 。在要求满足 A 级和 B 级准则的各种工况中 ,它都应限制在 3Sm 以内 。

　　如果仅是由于低周循环热弯曲应力造成一限值被超过 ,则可采用 6. 2. 3. 4. 3 中介绍的简化弹塑性分析法继续进行分析 。

　　Sm 的值列于 GB/T 16702. 1—2025的附录 A 中(见 6. 2. 3. 2. 7) 。 当全部或部分二次应力是由机械载荷造成时 ,Sm 的取值不应高于所分析工况中的最高温度时的 Sm 值 。如果二次应力完全是由于所分析点上温度瞬态所造成的 ,Sm 的值应等于所分析工况下与金属达到的最高温度相对应的各 Sm 值的平均值 。

　　6.2.3.4.3 简化弹塑性分析法

　　如果满足以下要求 ,则一次加二次应力的变化幅值 ,可超过 6. 2. 3. 4. 2规定的限值 :

　　a) 按 6. 2. 3. 2. 5从一次加二次应力的总应力(不包括热弯曲应力)导出的幅值 Sn 在 3Sm 以内 : 即Sn≤3Sm ;

　　b) 注意在任何情况下 ,采用本规则 ,都相应地在疲劳分析中引用一个大于 1 的弹塑性应变修正系数 Ke,该应变修正系数应根据 6. 2. 3. 4. 6确定 ;

　　c) 不需使用 6. 2. 3. 8. 6 中的方法 ;

　　d) 6. 2. 3. 4. 8 中关于热棘轮效应的要求要满足 ;

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　　GB/T 16702.6—2025

　　e) 运行温度不应超过 6. 2. 3. 4. 6 中确定弹塑性应变修正所用的最大值 ;

　　f) 规范中指定的材 料 , 在 室 温 下 材 料 规 定 的 最 小 屈 服 极 限 与 规 定 的 最 小 抗 拉 强 度 之 比 要 小 于0. 8。

　　6.2.3.4.4 热膨胀应力强度(Pe)[见 6.2.2.2 i)]限值

　　热膨胀应力强度是由于自由端[见 6. 2. 2. 2 h)]的位移受到约束和固定点的热移动效应在所研究的截面中产生的应力的最大值 ,计算中忽略局部不连续性影响 。

　　这些应力变化范围(在表 3 中标作 Pe)的许用值对于满足 A 级和 B 级准则的全部工况(见 6. 1. 5. 2和 6. 1. 5. 3)根据 6. 2. 3. 2. 5 确定 。一次 、二次及热膨胀应力叠加时 ,其应力幅值应限制在 3Sm 内 。

　　表 3 A 级准则的应力类型和应力强度限值

　　6.2.3.4.5 非几何不连续性区域的疲劳特性分析规定如下 。

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　　GB/T 16702.6—2025

　　a) 经受随时间 波 动 的 机 械 或 热 载 荷 的 部 件 , 其 疲 劳 强 度 应 按 以 下 b) 和 d) 规 则 来 验 证 或 是 按GB/T 16702. 1—2025 中附录 B 的规定 ,采用实验分析法来验证 。

　　但是 ,对于满足 A级和 B级准则的全部工况 , 当满足以下 c)中所提出的全部条件 ,则不必进行疲劳分析 。

　　在进行疲劳分析时 ,对 要 求 满 足 A 级 和 B 级 准 则 的 全 部 工 况 , 在 所 有 点 上 验 证 其 是 否 符 合要求 。

　　b) 由满足 A级和 B级准则的所有工况所规定的所有压力 、机械和热载荷来确定总应力 。这个总应力包括总体和局部热效应以及总体和局部结构不连续性的影响 。

　　进行疲劳分析时 ,取总应 力 幅 值 Sp (见 6. 2. 3. 2. 6) 的 一 半 作 为 交 变 应 力 强 度 Salt, 并 将 其 与GB/T 16702. 1—2025 中附录 A 给出的相应疲劳曲线相对应的值进行比较 。

　　这些曲线给出了交变应力强度 Salt的许用值 Sa 与循环次数间的函数关系 。 总应力的幅值是假定材料为弹性而计算得出的 ,且具有应力的量纲 。 因此 , 当超过屈服强度时 ,它并不代表实际应力 。

　　GB/T 16702. 1—2025 中 表 A. 1 的 疲 劳 曲 线 , 为 了 包 括 平 均 应 变 的 最 大 影 响 , 已 对 曲 线 作 过修正 。

　　按照线性损伤关系来组合变幅值交变应力的影响 。

　　c) 零部件免做疲劳分析的规定 。

　　如满足以下全部条件 ,可免做疲劳分析 。

　　1) 启动与停堆循环的温差要求 。

　　结构上任何相邻两点之间正常运行时的温差 ,不应超过以下数值 :

　　Sa

　　2Eα

　　式中 :

　　Sa — 按启动和停堆的循环次数从 GB/T 16702. 1—2025 中表 A. 12适用的设计疲劳曲线上查得 ;

　　E — 由 GB/T 16702. 1—2025 中表 A. 17根据两个研究点平均温度所得到的弹性模量 ;

　　α — 在由 GB/T 16702. 1—2025 中表 A. 16给出的 ,与所考虑的两点平均温度相对应的瞬时热膨胀系数值 。

　　注 1: 相邻两点是指距离小于 2 Rt的两点 。R 和 t分 别 为 所 研 究 的 两 点 所 在 的 那 个 区 域 中 旋 转 壳 体的平均半径和厚度 。在其他所有非旋转体壳体的结构中 ,相邻两点间的允许距离采用适合各自形状的方法决定 ,或者对结构直接做疲劳分析 。

　　2) 除启动和停堆循环外要求满足 A级或 B级准则的工况的温差要求 。

　　相邻两点之间温差代数值的变化在正常运行条件下 ,不应超过以下量值 :

　　Sa

　　2Eα

　　式中 :

　　Sa— 按规定的总有效温差波动次数从 GB/T 16702. 1—2025 中表 A. 12适用的设计疲劳曲线上查得的值 。

　　如果 一 个 温 差 波 动 代 数 变 化 幅