核电厂抗震分析-

1、摘要:核电站抗震性一直是核电站设计的主要问题之一随着此间题各方面研究的深人和研究手段的进步,核电站的抗展计算理论也在不断发展本文试图根据已有的资料,在核电站抗展问题的一些主要方面地展输人参数的确定,抗展计算理论,结构与地基的相互作用,逐层加速度谱及反应谱的确定,建筑物及设备的抗展计算,地基、基础及地下建筑的抗震计算等研究状况作一些综述,并在此基础上展望一下需要解决的问题关键词核电厂结构和设备相互作用反应谱结构及设备抗展性地基及地下建筑的抗展计算目录一概述二抗震措施三结构地基相互作用四反应谱五结语一、概述地震会给人类带来灾难,建筑物与构筑物的破坏,如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形;地面破

2、坏,如地面裂缝、塌陷,喷水冒砂;山体等自然物的破坏,如山崩、滑坡;海啸、海底地震引起的巨大海浪冲上海岸,造成沿海地区的破坏。而核电站在地震中如果遭到破坏那就会带来更大的灾难,因此在核电站建设中抗震设计是一个重要课题。核电站具有很高的社会危险性,与一般的工业及民用建筑相比,具有较高的抗震要求。二抗震的措施基础隔震器原理简单,应用后隔震效果显著可使地震时之加速度与动力响应降低倍,某些典型谱由降到在核电站建设。在核电站加装隔震器有以下有优点:1:能限制传到建筑物上去的地震载荷,从而减少了水平地震加速度超过设计值的危险性,提高了设计的可靠性。2:能控制响应谱,因而允许在高地震烈度区内对建筑物采用标准化

3、设计以节省费用。3:能够更准确的计算出建筑物的动力响应,从而使设计更为合理和可靠。这是因为计结果表明建造在隔震器上的建筑物之动力响应主要取决于建筑物本身及隔震器二者之能,与基础土壤性能关系较小,而隔震器性能要比土壤性能更易于精确测定。提高设备强度,为使现有建设工程达到规定的抗震设防要求所采取的增强强度、提高延性、加强整体性和改善传力途径等措施。合理布置核电站管道核电站反应堆冷却剂系统抗震分析是核电站设计中一项非常重要的工作,同时系统中存在诸多影响因素。主管道布置对系统的抗震性能有一定影响,在相同地震输入下,适当地缩短主管道长度有利于提高系统的整体抗震性能。核电设计人员可结合实际情况将主管道布置

4、最优化,以提高核电站的安全性和经济性。同时,核电站反应堆冷却剂系统中也存在大量复杂的非线性因素, 核电站设计中主管道布置也呈多样化。4:抗震型快堆示范堆装置的开发由于快堆使用高温低压的液体钠作为冷却剂,因此.在机器设备的结构设计中.地震负荷和热负荷占支配地位。要耐受住地震负荷,有必要把机器设备的板壁遣厚,但对于热负荷来说,则薄壁化又要有效一些。在地震负荷较重的日本,必须要对这两个相反的要求采取对应措施。于是,为确保结构稳固性,并实现经济性高的快堆示范堆,从而对于引进抗震结构的电站进行了研究讨论。2.1 抗震设计技术指南f方案中央电力研究所(财团受通产省资源能源厅委托.进行了“快堆技术确证试验”

5、的研究.其目的在于作成抗震设计技术指南(方案,通过分析和试验,进行合理抗震系统设计方法的开发。按照这些研究成果.在所制定的指南(方案中指出:采用层叠橡胶元件,按水平方向使反应堆厂房抗震,这种厂房水平抗震方式以快堆为对象。层叠橡胶有支承厂房的功能,固有周期长,且有减低地震力的功能。在本指南(方案中,要设定层叠橡胶的容许界限层叠橡胶如果水平变形,最初时虽为线性状态,但畸变在250%附近时,刚性迅速硬化.达到450%程度时则出现破断。层叠橡胶的水平副性变硬则周期缩短,厂房的地震力也变大.因此不能充分发挥抗震效果。因此,在指南(方案中,对于层叠橡胶的负荷和变形的关系,把从线性区域到刚性迅速 变化的极限

6、称之为线性极限,并作为设计极限。同时,对于上下方向来说,是把上下方向软化的点作为线性界限。层叠橡胶的许可极限.是按水平变形和上下变形的复合应力设定的. 支承反应堆厂房的层叠橡胶的设计,从上述的线性极限(设计极限算起,要使其保持1.5以上的安全余度,并将其作为对于基准地震动的许可畸变极限。2.2 缺堆示范堆抗震装置概念在电力共同研究中,进行了抗震型快堆装置的研究讨论,其目标在于:能够确保与轻水堆耐震装置同等的抗震安全性;评价经济性效果。以下叙述研究的概要。2.2.1 设计研究所用的地震动用于抗震结构设计的地震动.有必要考虑周期为lOs 的长周期成份。因此,作为设计用地震动来说,设定了考虑有长周期

7、成份的地震动(参考渡.以用作标准的轻水堆耐震用地动渡。同时.作为预测日本全国抗震结构可行性的研究.假定短周期成份以现有轻水堆厂址为最大,而长周期成份则被设定为现有认识三结构与地基的相互作用在一般结构的抗震计算中,通常假设建筑物地基的运动特征不取决于建筑物形状、尺寸及力学性质,即不考虑建筑物的反影响。但是建筑物的动力特征很大程度上取决于地基特征。因此要求考察结构物与地基的相互作用。目前,建筑物与地基的动力相互作用是现代抗震理论中的中心问题之在目前的线性谱方法中,在确定地震惯性荷载中,以及在后续的静力计算阶段,必须考虑地基影响。在确定结构固有频率及振型中,只考虑地基弹性柔度,而地基的惯性及阻尼影响

8、不考虑而在对给定的加速度记录进行计算时,必须考虑建筑物一地基的受迫振动。在一般形式下考虑结构物与地基的相互作用,通常会遇到一的计算困难。因此经常采用不同的简化地基一结构物相互作用模型,以便能定性地评价相互作用效应,在很多情况下,为工程实践提供定量评价。在实践中,经常采用刚性块体及弹性温克尔地基模型。地基的刚性系数及考虑到能量外流的衰减系数,是通过解块体在弹性惯性空间上受迫振动来得到的。在柔性地基情况下,经常利用实验来确定刚性系数。也可利用混合模式,地基的柔度通过系数来考虑,而其阻尼性质由惯性半空间解来确定, 考虑到结构物的弹性时简化计算模型有振子或振子系统及单维均匀或成层的地基或半平面或半空间

9、模型杆或杆系及半平面等模型。研究表明润,垫状地基的刚度为频率的函数,而且这种依赖关系受土壤性质随深度变化的影响更重要的是,低于土壤基频没有横向辐射,因而没有横向阻尼为了考虑这些因素的影响,进行了大量的研究其中大多数在频域内进行,少数在时域内进行,并假设土为线弹性的,或利用迭代线性化法来考虑土的非线性性质从中发展了两种方法直接法一步法和子结构法三步法。直接法中,结构通常用有限元或线性构件来代替,地基用有限元或有限差分来代替。因为这种离散模型模拟半无限区域,所以必须特别注意网格大小及区域边界条件。这种方法的优点是能进行真正的完全相互作用非线性分析。严格的解需要全三维模型及一组适当的地基非线性本构关

10、系,但在实践中这种要求很难满足,因而常采用不同形式的简化。子结构法坷分三步确定地基的地震动确定地基刚度,地基运动的动力刚度可用具有自洽边界的有限元离散模型来获得,也可用边界积分方程或边界元法来获得进行土一结构相互作用分析。四反应谱反应谱-谱范围-场地上的物项最大反应值的范围-反应谱是通过场地上物项的反应来间接表达场地地震动特征-反映了场地对地震的放大(或消减效应反应谱与时程的对应关系反应谱(频域f-a时程(时域t-a其中,数学变换为Nigam-Jennings积分 五结语由于近年来的研究工作现在可以用一个期望的风险水平或发生概率来定义地震不仅更加真实地考虑了震级、震源机制、震中距、土壤条件等对单一参数,如地震加速度峰值的影响,而且还考虑了上述因素对持续时间及频率成分的影响由于地震风险分析中不定因素太多,信息不足,因而全概率分析还未作到,这也是今后研究的方向。结构抗震计算中除了线性谱理论的发展外,概率法得到了很大发展对地震时程的模拟不仅考虑了振幅的非平稳性,而且考虑了频率的非平稳性非线性统计动力学及可靠性理论,尤其是对多自由度系统,取得了很大进展,发展了各种近似方法及数值模拟方法。现在还需精确地震统计模型,发展各种有效的计算方法。逐层反应谱的计算根据精度的要求,选用不同的模型精度要求高时要采用更复杂的模型,并考虑各种不定因素。阻尼系数还需精确确定。除