核電廠抗震分析-

1、摘要:核電站抗震性一直是核電站設(shè)計的主要問題之一隨著此間題各方面研究的深人和研究手段的進(jìn)步,核電站的抗展計算理論也在不斷發(fā)展本文試圖根據(jù)已有的資料,在核電站抗展問題的一些主要方面地展輸人參數(shù)的確定,抗展計算理論,結(jié)構(gòu)與地基的相互作用,逐層加速度譜及反應(yīng)譜的確定,建筑物及設(shè)備的抗展計算,地基、基礎(chǔ)及地下建筑的抗震計算等研究狀況作一些綜述,并在此基礎(chǔ)上展望一下需要解決的問題關(guān)鍵詞核電廠結(jié)構(gòu)和設(shè)備相互作用反應(yīng)譜結(jié)構(gòu)及設(shè)備抗展性地基及地下建筑的抗展計算目錄一概述二抗震措施三結(jié)構(gòu)地基相互作用四反應(yīng)譜五結(jié)語一、概述地震會給人類帶來災(zāi)難,建筑物與構(gòu)筑物的破壞,如房屋倒塌、橋梁斷落、水壩開裂、鐵軌變形;地面破

2、壞,如地面裂縫、塌陷,噴水冒砂;山體等自然物的破壞,如山崩、滑坡;海嘯、海底地震引起的巨大海浪沖上海岸,造成沿海地區(qū)的破壞。而核電站在地震中如果遭到破壞那就會帶來更大的災(zāi)難,因此在核電站建設(shè)中抗震設(shè)計是一個重要課題。核電站具有很高的社會危險性,與一般的工業(yè)及民用建筑相比,具有較高的抗震要求。二抗震的措施基礎(chǔ)隔震器原理簡單,應(yīng)用后隔震效果顯著可使地震時之加速度與動力響應(yīng)降低倍,某些典型譜由降到在核電站建設(shè)。在核電站加裝隔震器有以下有優(yōu)點:1:能限制傳到建筑物上去的地震載荷,從而減少了水平地震加速度超過設(shè)計值的危險性,提高了設(shè)計的可靠性。2:能控制響應(yīng)譜,因而允許在高地震烈度區(qū)內(nèi)對建筑物采用標(biāo)準(zhǔn)化

3、設(shè)計以節(jié)省費用。3:能夠更準(zhǔn)確的計算出建筑物的動力響應(yīng),從而使設(shè)計更為合理和可靠。這是因為計結(jié)果表明建造在隔震器上的建筑物之動力響應(yīng)主要取決于建筑物本身及隔震器二者之能,與基礎(chǔ)土壤性能關(guān)系較小,而隔震器性能要比土壤性能更易于精確測定。提高設(shè)備強度,為使現(xiàn)有建設(shè)工程達(dá)到規(guī)定的抗震設(shè)防要求所采取的增強強度、提高延性、加強整體性和改善傳力途徑等措施。合理布置核電站管道核電站反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)抗震分析是核電站設(shè)計中一項非常重要的工作,同時系統(tǒng)中存在諸多影響因素。主管道布置對系統(tǒng)的抗震性能有一定影響,在相同地震輸入下,適當(dāng)?shù)乜s短主管道長度有利于提高系統(tǒng)的整體抗震性能。核電設(shè)計人員可結(jié)合實際情況將主管道布置

4、最優(yōu)化,以提高核電站的安全性和經(jīng)濟性。同時,核電站反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中也存在大量復(fù)雜的非線性因素, 核電站設(shè)計中主管道布置也呈多樣化。4:抗震型快堆示范堆裝置的開發(fā)由于快堆使用高溫低壓的液體鈉作為冷卻劑,因此.在機器設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計中.地震負(fù)荷和熱負(fù)荷占支配地位。要耐受住地震負(fù)荷,有必要把機器設(shè)備的板壁遣厚,但對于熱負(fù)荷來說,則薄壁化又要有效一些。在地震負(fù)荷較重的日本,必須要對這兩個相反的要求采取對應(yīng)措施。于是,為確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性,并實現(xiàn)經(jīng)濟性高的快堆示范堆,從而對于引進(jìn)抗震結(jié)構(gòu)的電站進(jìn)行了研究討論。2.1 抗震設(shè)計技術(shù)指南f方案中央電力研究所(財團受通產(chǎn)省資源能源廳委托.進(jìn)行了“快堆技術(shù)確證試驗”

5、的研究.其目的在于作成抗震設(shè)計技術(shù)指南(方案,通過分析和試驗,進(jìn)行合理抗震系統(tǒng)設(shè)計方法的開發(fā)。按照這些研究成果.在所制定的指南(方案中指出:采用層疊橡膠元件,按水平方向使反應(yīng)堆廠房抗震,這種廠房水平抗震方式以快堆為對象。層疊橡膠有支承廠房的功能,固有周期長,且有減低地震力的功能。在本指南(方案中,要設(shè)定層疊橡膠的容許界限層疊橡膠如果水平變形,最初時雖為線性狀態(tài),但畸變在250%附近時,剛性迅速硬化.達(dá)到450%程度時則出現(xiàn)破斷。層疊橡膠的水平副性變硬則周期縮短,廠房的地震力也變大.因此不能充分發(fā)揮抗震效果。因此,在指南(方案中,對于層疊橡膠的負(fù)荷和變形的關(guān)系,把從線性區(qū)域到剛性迅速 變化的極限

6、稱之為線性極限,并作為設(shè)計極限。同時,對于上下方向來說,是把上下方向軟化的點作為線性界限。層疊橡膠的許可極限.是按水平變形和上下變形的復(fù)合應(yīng)力設(shè)定的. 支承反應(yīng)堆廠房的層疊橡膠的設(shè)計,從上述的線性極限(設(shè)計極限算起,要使其保持1.5以上的安全余度,并將其作為對于基準(zhǔn)地震動的許可畸變極限。2.2 缺堆示范堆抗震裝置概念在電力共同研究中,進(jìn)行了抗震型快堆裝置的研究討論,其目標(biāo)在于:能夠確保與輕水堆耐震裝置同等的抗震安全性;評價經(jīng)濟性效果。以下敘述研究的概要。2.2.1 設(shè)計研究所用的地震動用于抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的地震動.有必要考慮周期為lOs 的長周期成份。因此,作為設(shè)計用地震動來說,設(shè)定了考慮有長周期

7、成份的地震動(參考渡.以用作標(biāo)準(zhǔn)的輕水堆耐震用地動渡。同時.作為預(yù)測日本全國抗震結(jié)構(gòu)可行性的研究.假定短周期成份以現(xiàn)有輕水堆廠址為最大,而長周期成份則被設(shè)定為現(xiàn)有認(rèn)識三結(jié)構(gòu)與地基的相互作用在一般結(jié)構(gòu)的抗震計算中,通常假設(shè)建筑物地基的運動特征不取決于建筑物形狀、尺寸及力學(xué)性質(zhì),即不考慮建筑物的反影響。但是建筑物的動力特征很大程度上取決于地基特征。因此要求考察結(jié)構(gòu)物與地基的相互作用。目前,建筑物與地基的動力相互作用是現(xiàn)代抗震理論中的中心問題之在目前的線性譜方法中,在確定地震慣性荷載中,以及在后續(xù)的靜力計算階段,必須考慮地基影響。在確定結(jié)構(gòu)固有頻率及振型中,只考慮地基彈性柔度,而地基的慣性及阻尼影響

8、不考慮而在對給定的加速度記錄進(jìn)行計算時,必須考慮建筑物一地基的受迫振動。在一般形式下考慮結(jié)構(gòu)物與地基的相互作用,通常會遇到一的計算困難。因此經(jīng)常采用不同的簡化地基一結(jié)構(gòu)物相互作用模型,以便能定性地評價相互作用效應(yīng),在很多情況下,為工程實踐提供定量評價。在實踐中,經(jīng)常采用剛性塊體及彈性溫克爾地基模型。地基的剛性系數(shù)及考慮到能量外流的衰減系數(shù),是通過解塊體在彈性慣性空間上受迫振動來得到的。在柔性地基情況下,經(jīng)常利用實驗來確定剛性系數(shù)。也可利用混合模式,地基的柔度通過系數(shù)來考慮,而其阻尼性質(zhì)由慣性半空間解來確定, 考慮到結(jié)構(gòu)物的彈性時簡化計算模型有振子或振子系統(tǒng)及單維均勻或成層的地基或半平面或半空間

9、模型桿或桿系及半平面等模型。研究表明潤,墊狀地基的剛度為頻率的函數(shù),而且這種依賴關(guān)系受土壤性質(zhì)隨深度變化的影響更重要的是,低于土壤基頻沒有橫向輻射,因而沒有橫向阻尼為了考慮這些因素的影響,進(jìn)行了大量的研究其中大多數(shù)在頻域內(nèi)進(jìn)行,少數(shù)在時域內(nèi)進(jìn)行,并假設(shè)土為線彈性的,或利用迭代線性化法來考慮土的非線性性質(zhì)從中發(fā)展了兩種方法直接法一步法和子結(jié)構(gòu)法三步法。直接法中,結(jié)構(gòu)通常用有限元或線性構(gòu)件來代替,地基用有限元或有限差分來代替。因為這種離散模型模擬半無限區(qū)域,所以必須特別注意網(wǎng)格大小及區(qū)域邊界條件。這種方法的優(yōu)點是能進(jìn)行真正的完全相互作用非線性分析。嚴(yán)格的解需要全三維模型及一組適當(dāng)?shù)牡鼗蔷€性本構(gòu)關(guān)

10、系,但在實踐中這種要求很難滿足,因而常采用不同形式的簡化。子結(jié)構(gòu)法坷分三步確定地基的地震動確定地基剛度,地基運動的動力剛度可用具有自洽邊界的有限元離散模型來獲得,也可用邊界積分方程或邊界元法來獲得進(jìn)行土一結(jié)構(gòu)相互作用分析。四反應(yīng)譜反應(yīng)譜-譜范圍-場地上的物項最大反應(yīng)值的范圍-反應(yīng)譜是通過場地上物項的反應(yīng)來間接表達(dá)場地地震動特征-反映了場地對地震的放大(或消減效應(yīng)反應(yīng)譜與時程的對應(yīng)關(guān)系反應(yīng)譜(頻域f-a時程(時域t-a其中,數(shù)學(xué)變換為Nigam-Jennings積分 五結(jié)語由于近年來的研究工作現(xiàn)在可以用一個期望的風(fēng)險水平或發(fā)生概率來定義地震不僅更加真實地考慮了震級、震源機制、震中距、土壤條件等對單一參數(shù),如地震加速度峰值的影響,而且還考慮了上述因素對持續(xù)時間及頻率成分的影響由于地震風(fēng)險分析中不定因素太多,信息不足,因而全概率分析還未作到,這也是今后研究的方向。結(jié)構(gòu)抗震計算中除了線性譜理論的發(fā)展外,概率法得到了很大發(fā)展對地震時程的模擬不僅考慮了振幅的非平穩(wěn)性,而且考慮了頻率的非平穩(wěn)性非線性統(tǒng)計動力學(xué)及可靠性理論,尤其是對多自由度系統(tǒng),取得了很大進(jìn)展,發(fā)展了各種近似方法及數(shù)值模擬方法?，F(xiàn)在還需精確地震統(tǒng)計模型,發(fā)展各種有效的計算方法。逐層反應(yīng)譜的計算根據(jù)精度的要求,選用不同的模型精度要求高時要采用更復(fù)雜的模型,并考慮各種不定因素。阻尼系數(shù)還需精確確定。除