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Analysis of Post-Tensioned
Containment Building
for Large Nuclear Components
Replacement
Luis M. Moreschi, Ph.D., P.E. and Farhad Farzam, P.E.
Bechtel Power Corporation
GT STRUDL Users Group
2005 Annual Meeting, Las Vegas - Nevada
Presentation Outline
 Background Information
 Finite Element Analysis – GT STRUDL
 Automatic
 Modeling
Generation Commands
of Prestressing Loads
 Coordinate
Systems: Global & Local Planar Axis
 Sequential
Construction Simulation
 Summary and Conclusions
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Finite Element Analysis
 Purpose: Determine Total Number of Tendons to be
Detensioned
 GT STRUDL Computer Program - Validated &
Verified
 Plate/Shell Elements for Containment Cylindrical
Wall and Dome
 Spatial Truss Members for Helical Tendons
 Model for Prestress Load
 Coordinate System Selection
 Sequential Construction Simulation
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Containment Configurations
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o o o o o o oo ooooooooooooooooooo
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ooooooooooooo
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o o o o o o o o o o o o o o ooooooo
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o o o o o o o o o o o o o o ooooooo
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o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo oo o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo oo oo o o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo oo oo oo o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo oo oo oo oo o o o o o o o o o oooooooooooo
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o o o o o o o o o o o o o o ooo
o o o o o o o o o o o o o o oooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o oooooooooooo
ooooooooooo oo o o o o o o o oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo o o o o o o o o oooooooooooo
ooooooooooo oo o o o o o o o oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo o o o o o o o o oooooooooooo
MODEL A
MODEL B
MODEL C
MODEL D
Concrete Intact
Concrete Intact
Concrete Chipped
Concrete Restored
Tendons Tensioned
Tendons Removed/Detensioned
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Tendons Retensioned
Restored Condition
Model for Prestress Load
oooooooooooo o o o o o o o o o o o o o
ooooooo
ooooooo o o o o o o o o o o o o o
oooooooo
ooooooo o o o o o o o o o o o o o
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oooooooooooo oo o o o o o o o o o o o o
ooooooooooo oo o o o o o o o o o o o o
ooooooooooo oo o o o o o o o o o o o o
ooooooooooo oo o o o o o o o o o o o o
ooooooooooo oo o o o o o o o o o o o o
ooooooooooo oo o o o o o o o o o o o o
ooooooooooo oo o o o o o o o o o o o o
ooooooooooo oo o o o o o o o o o o o o
ooooooooooo oo o o o o o o o o o o o oo
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o o o o o o o oooooooooooooooooo
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o o o o o o oo ooooooooooooooooooo
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o o o o o oo oo ooooooooooooooooooo
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o o o o o o o o o o o ooooooooooooo
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o o o o o o o o o o o o o o ooooooo
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o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo o o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo oo o o o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo oo oo o o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo oo oo oo o o o o o o o o o o oooooooooooo
oo oo oo oo oo o o o o o o o o o oooooooooooo
ooooooooooo oo o o o o o o o oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo o o o o o o o o oooooooooooo
Model C
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
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o o o o o o o o o o o o o o oooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o oooooooooooo
Model D
Sequential Construction Simulation
Analysis
$ Perform analysis for concrete chipped
LOAD LIST ‘TENDONS DETENSIONED’
STIFFNESS ANALYSIS
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$ Perform analysis for concrete restored
ACTIVE ELEMENTS GROUP ‘PLATES @ OPENING‘
ACTIVE MEMBERS GROUP 'TENDONS @ OPENING'
LOAD LIST ‘TENDONS RETENSIONED’
STIFFNESS ANALYSIS
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$ Combine prestress load results from Models C & D
CREATE LOAD COMB ‘RESTORED‘ SPECS
‘TENDONS DETENSIONED’ 1.0 ‘TENDONS RETENSIONED’ 1.0
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
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o o o o o o o o ooo
o o o o o o o o oooo
o o o o o o o o o o o oo
o o o o o o o o o o o ooo
o o o o o o o o o o o oooo
o o o o o o o o o o o o o o oo
o o o o o o o o o o o o o o ooo
o o o o o o o o o o o o o o oooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o oooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o o ooooooooooo
o o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o o oooooooooooo
o o o o o o o o oooooooooooo
Summary & Conclusions
 GT STRUDL is a validated and verified computer
program for use on nuclear power projects
 Simple and efficient creation of model geometry using
generate commands
 Importance of proper selection of model global axis
 Ability to perform sequential construction simulation
analysis (data base management features)
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Questions/Comments
Central Structures Group, Bechtel Power Corporation
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Plate Elements
 8,997 joints
 9,078 plate elements
 In-plane & bending type
of deformations (SBHQ6
& SBHT6; 6-DOF per
joint)
 Model includes the
Equipment Hatch
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Generate Command
$ Generate joints for cylindrical wall
$
GENERATE 154 JOINT CYL ID 1, 1 R 686.275 TH 0.0, 2.34 LZ
11892.0
REPEAT 51 TIMES ID 154 LZ DIFF 40.0 49 AT 28.0 28.45
$ Generate plate elements for cylindrical wall
$
TYPE PLATE
$
GENERATE 154 ELEMENTS ID 'CW-1', 1 FROM 1, 1 TO 2 WRAP -1
TO 156 WRAP -1 TO 155
REPEAT 45 TIMES ID 154 FROM 154
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Spatial Truss Members
 15,700 members
 Unit material properties
(E=A=a=1.0)
 Thermal load, T
 Tendon force, S = DT
(1 kip/tendon = 1°F)
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Generate Member Command
TYPE SPACE TRUSS
$
$
Generate forward tendons
$
GENERATE 154 MEMBERS ID 'FT-1' 1 FROM 1 1 TO 156 1 WRAP -1
REPEAT 50 TIMES ID 1000 FROM 154
$
$
Generate backward tendons
$
GENERATE 154 MEMBERS ID 'BT-1' 1 FROM 2 1 WRAP -1 to 155 1
REPEAT 50 TIMES ID 1000 FROM 154
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Model for Prestress Load
+
Plate Elements
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Truss Members
Model for Prestress Load
plate element
shared nodes
Y
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
truss members
Global Y Axis Vertical
-47.
-42.
-35.
-28.
-21.
-14.
-7.
TH 0.000 DEG
0.
x
7.
+29.5 KIP/FT
14.
21.
28.
Y
29.
Z
X
Meridional Membrane Forces due to Self-Weight
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Global Z Axis Vertical
-47.
-44.
-41.
-38.
-35.
-32.
-29.
-26.
-23.
-20.
Z
X
-18.
Y
Meridional Membrane Forces due to Self-Weight
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Global & Planar Coordinate System
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Global Y Axis Vertical
yp
xp
yp
xp
Z
2005 GT STRUDL Users Group Meeting
Cylindrical Wall
Y
X
Global Y Axis Vertical
yp
xp
Cylindrical Wall
Y
Z
X
yp
xp