核电站抗震分析.doc

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核电站抗震分析

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su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：

核电站抗震分析结构及设备抗震性抗震安全

社会背景：

2011年03月14日，日核电站面临再爆炸风险抗震能力设计不足惹祸；2010年的伊朗6.5级地震；2008年的四川地震等，这些地震摆在我们人类的面前不得不说，我们研究核电站的防震能力不仅与核电站的结构和地基等宏观因素有关，而且也和微观设计因素有关，例如窗户玻璃的防护、书架和安全柜的摆设以及吊灯的设计等等，必须综合考虑各种因素才能把地震灾害减少到最低限度

目录：

一抗震分析的目的;

二，抗震计算理论

三结构与地基的相互作用

四结语

一抗震分析的目的;

l抗震分析的三个任务：

1．确定地震任务

2．计算核电站的抗震反应

3．最基本的要求是保证设备在正常环境下和地震载荷下能够正常运行，并执行其原有的功能

•抗震分析思路：

设计地震和抗震设计

（1）外部荷载、地震作用→结构→结构响应→结构设计。

（2）输入结构响应、其它输入条件→设备→设备响应→设备设计、实验鉴定。

核电厂抗震分析的特点：

1、对于抗震分析和地震安全评估，具有严格的法规、标准和安全导则体系。

选址：

HAD101/01、RG1.165、NS-G-

-分析/设计：

HAD102/02、GB50267、RCC-G、ASCE4-86（89）、SRP、NS-G-1.6、JEAG4601-87

-其它：

RG1.60、RG1.29、RG1.122

2.针对不同的物质（结构系统和部件-SSCs）的安全重要性，进行抗震分类。

-RG1.29定义三类：

-抗震I类（C-I）:

安全相关，保持功能\保证完整性

-抗震II类（C-II）:

间接安全相关，无需执行功能\保证完整性

-非抗震类（NC）：

不属于上述两类

-RCC-P定义2类：

抗震I类和非抗震类

l核电站抗震分析的逻辑

核电厂结构和设备模型化

•结构模型和设备模型

°集中质量法

-集中质量模型（单质点模型）

-1D有限元模型（梁单元模型）

°有限元法

-3D有限元模型

-2D有限元模型（对称性）

3、3.针对不同的抗震分类采用不同的设防水准

-美国RG1.165、法国RCC-G

-安全停堆地震（SSE）：

超越概率10-4

-运行基准地震（OBE）：

超越概率10-2

-HAD102/02、GB50267

-极限安全地震（SL-2）：

超越概率10-4

-运行安全地震（SL-1）：

超越概率10-2

4、设备的抗震分析与设计问题比土建结构的抗震问题更为突出

-地震作用对结构设计不构成主导因素

-设备直接同安全直接相关，而且范围极广，抗震设计的厂址适应性分析的核心对象。

•5.设计地震反应谱

-法规标准谱：

RG1.60、HAD101/01（GB50267）

-标准设计谱：

AP1000、EPR（EUR）、CPR1000

-厂址相关谱（Site-specificspectra）

•设计地震反应谱的确定

•设计地震反应谱选择的实践和讨论

-主要对安全进行规定

-对裕量未作任何限制

Ø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

•

厂址的土壤状况对地震动的影响要进行分析。

当地震动定义在岩石假象露头或在基岩上时,这种分析的目的是确定与之相应的土壤层自由表面的运动或在其它标高处的运动或土壤内其它点与之相应的运动或应力若地震动是定义在土层表面,在用有限元离散法研究土一结构相互作用时,这种分析要给出研究范围边界底部的相应运动。

这种分析方法通常在频域内进行,并利用线弹性。

非线性分析通常用迭代线性化法进行,并利用不依赖于频率的线性滞回阻尼。

这种方法的精度还存在许多问题,尤其在软深土层条件下。

二，抗震计算理论

抗震计算中一个突出的问题是场地地震信息不足,

而且在不远的未来也不会快速增加因此可

以利用现有数据及地质等类似地区的地震信息来建立地震模型地震是典型的振幅及频率非平稳随机过程。

最早的非平稳模型为振幅非平稳随机过程,稍后振幅及频率非平稳过程模型也发展了起来。

数值模拟方法也迅速发展了起来线弹性系统在平稳及非平稳地震作用下的统计动力学已发展得比较成熟。

非线性系统的统计动力学要复杂得多,目前对单自由度系统在平稳随机输人情况下已发展了许多方法,如扰动法、等效线性化法、相关函数法、谱法、方程法等。

其中方程法是一种精确方法,但它只能对一些简单情况有精确解,在其它情况下只能用一些近似法,如矩法、利用最大嫡变分原则求近似概率法、方程数值与近似解法等。

对非平稳随机扰动,单自由度及多自由度系统用的方法为一法,此外还有随机平均法、等效线性化法等在结构受随机扰动作用时的可靠性分析中,常用的方法是初次超限法。

这种方法最早在文献中得到应用其它近似方法有泊松模型法,用离散极值点代替原随机过程法等。

多维失效空间及分布系统的可靠性评价方法也得到了发展。

马尔可夫过程法也得到应用。

由于马尔可夫过程法只对一些简单清况有精确解,因此采用许多近似方法,如伽辽金法,概率扩散法,一方程数值解法等一法是系统求解的有力方法,为了提高这种方法的效率,混合方法得到发展,如与响应表面法等相结合的方法在考虑到系统参数的不确定性时,通常采用一次二阶矩法及其推广、数值积分法、数字模拟法等。

统计动力学方法的基本困难是没有足够的信息来描述地震作用。

但是这种方法是未来发展的方向。

显然还需完善地震模型及发展各种更有效的方法。

现代抗震理论的突出问题是,由各种方法确定的荷载相互间不一致,因而结构设计计算的可信性不明确。

这种不符合的原因在于外部作用的给定方法,计算模型、抗震准则等的不适合性及结果解释的不一致,即地震作用及结构行为信息不足。

在现行规范中有许多因素未考虑,如作用的波动性、结构与地基的相互作用、结构非线性变形、连续性破坏导致的应力重分布等。

考虑这些因素能使计算模型更与现实相符计算结果更可信能更好地评价结构承载能力的储备

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的相互作用，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模型杆或杆系及半平面等模型

结构物与地基的相互作用模型,不仅用来给出地震作用的模拟加速度记录,也可用于制定修正的线性谱理论通常的加速度谱或动力系数是通过整理作用于线性振子的地震记录来制定的,这时不考虑辐射到地基中的能量。

在考虑地基时,加速度谱应考虑到能量损失进行换算,这样对象核电站这样的大块刚性结构来讲,动力系数会降低很多这样可以有区别地确定建筑物的地震荷载,因为这种荷载不仅取决于结构物的参数,而且取决于地基与结构物的相互作用,因而取决于地基的特性刚度,不均匀性等需要指出的是,虽然考虑到地基阻尼的影响,结构物的衰减增加了,但在实践中通常采用比较保守的值,使强度留有余地。

四结语

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。

结构根据研究目的的不同,采用简化或复杂的模型。

需要发展和完善各种计算方法在可靠性分析中,不仅要进行强度分析。

而且要进行防泄漏等分析,即进行多准则分析。

同时也应在不同的设计阶段,考虑到各种不定因素,运用概率法分析,并保守地考虑结构延性在动力分析中,要考虑高频的影响并确定自由度足够性准则。

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。

除了确定性法外,统计动力学法也得到了很大发展。

还需确定各种因素对反应谱的影响及参数变化的可接受准则,发展各种新的反应谱确定方法。

在设备抗震分析中,需发展概率法。

对液体容器及储藏器要考虑固液祸合,发展各种更精确、更有效的确定方法等。

主要参考文献

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[2]EJ574-91核电厂安全级控制仪表盘（屏）和机架的设计与鉴定.

[3]A20030519-403核电厂1E级机柜及相关设备抗震试验报告.同济大学土木工程防灾国家重点实验室、苏州市东仪自控设备有限公司.

[4]04FW061-1JS1E级电子设备机柜结构抗震分析报告.上海核工程研究设计院、苏州市东仪自控设备有限公司.

[5]李忠诚杨孟嘉《AP1000抗震分析与设计特点研究》

[6]田千里《隔震器在核电站抗震设计中的应用》

[7]红雷,刘文进《管道布置对核电站主系统抗震性能的影响》