核電廠結(jié)構(gòu)抗震分析中不同規(guī)范要求引起的差異及影響研究.pdf

1、中國(guó)已運(yùn)行和在建的核電廠涉及的技術(shù)種類不一，有些使用國(guó)內(nèi)技術(shù)，有些引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，且引進(jìn)的國(guó)家及技術(shù)均有所不同，這就造成現(xiàn)有中國(guó)核電廠設(shè)計(jì)依據(jù)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)有所不同。對(duì)于核電廠的抗震分析，核電廠設(shè)計(jì)依據(jù)不同必然對(duì)一定階段下核電廠抗震設(shè)計(jì)的深度和實(shí)際核電廠抗震設(shè)防水準(zhǔn)造成一定的影響，本文便基于實(shí)際核電廠工程抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中因引用不同的規(guī)范造成核電廠許可過(guò)程和設(shè)計(jì)過(guò)程方面差異的一系列問(wèn)題進(jìn)行了比較、分析和研究，并給出了一些可供實(shí)際工程應(yīng)用的研究結(jié)

2、果，同時(shí)為更精確的開(kāi)展計(jì)算分析，發(fā)展和提出了一種擬合多阻尼反應(yīng)譜的人工地震動(dòng)時(shí)程優(yōu)化算法。研究工作為我國(guó)核電廠抗震設(shè)計(jì)、安全評(píng)估以及相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的完善和修訂提供有益的參考。本文的主要工作如下：
　　 (1)以APIOOO核電機(jī)組在中美兩國(guó)申請(qǐng)?jiān)S可證過(guò)程為例，比較分析了中國(guó)和美國(guó)核電廠許可證管理程序的差異，展示了對(duì)于同一核電機(jī)組依據(jù)不同的規(guī)范審評(píng)也可能對(duì)許可證管理過(guò)程造成一定的差異。
　　 (2)利用ASCE4-98和RC

3、C-G兩種不同的規(guī)范方法進(jìn)行了CPR1000安全殼結(jié)構(gòu)的阻抗函數(shù)計(jì)算分析，研究了不同阻抗函數(shù)計(jì)算方法在核電廠結(jié)構(gòu)地震方面應(yīng)用引起的差異性。在考慮地基土剪切波速、泊松比及地基土密度三種影響因素的情況下，分別探討了不同的地基參數(shù)對(duì)應(yīng)的兩種規(guī)范方法得到的計(jì)算結(jié)果，給出了兩種規(guī)范分析方法計(jì)算的地基剛度和阻尼的差異，驗(yàn)證了地基土剪切波速是影響地基阻抗函數(shù)大小的關(guān)鍵因素。并基于上述計(jì)算結(jié)果，分析CPR1000安全殼結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，研究了地基土剪切波

4、速、泊松比及地基土密度三種影響因素變化的情況下核電廠結(jié)構(gòu)的反應(yīng)規(guī)律。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明：ASCE4-98計(jì)算地基阻抗函數(shù)的方法較于RCC-G方法保守；地基土密度對(duì)核電廠結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響較?。坏鼗敛此杀葘?duì)核電廠結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響可以忽略；隨著地基土剪切波速的增大，核電廠結(jié)構(gòu)響應(yīng)變化幅度降低，當(dāng)剪切波速?gòu)?900m/s增加至2200m/s時(shí)，安全殼結(jié)構(gòu)響應(yīng)已出現(xiàn)拐點(diǎn)，考慮到整個(gè)計(jì)算過(guò)程的不確定性，建議當(dāng)?shù)鼗良羟胁ㄋ俅笥诘扔?900m/s時(shí)，CPR1

5、000安全殼結(jié)構(gòu)可不考慮地基與結(jié)構(gòu)之間的相互作用。
　　 (3)基于AP1000核島結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地基的場(chǎng)地參數(shù)模型，分析選取不同地震輸入界面時(shí)同一特定場(chǎng)地的地表地震動(dòng)峰值加速度和反應(yīng)譜的差異。計(jì)算結(jié)果表明：地震輸入界面的不同，AP1000核島結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地基的同一場(chǎng)地土層模型地表地震動(dòng)峰值加速度差異高達(dá)2.25倍，地表地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜頻譜特性發(fā)生較大的變化，建議在AP1000核電廠地震安全性評(píng)價(jià)中應(yīng)基于剪切波速為2438m/s的基巖層

6、作為土層地震反應(yīng)分析的地震輸入界面，而當(dāng)一定深度內(nèi)地基剪切波速達(dá)不到剪切波速2438m/s，則應(yīng)基于地基與結(jié)構(gòu)敏感性分析選擇地震輸入界面。同時(shí)說(shuō)明在特定廠址評(píng)價(jià)中應(yīng)基于同一標(biāo)高比較廠址特定反應(yīng)譜和AP1000標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)地震反應(yīng)譜的大小。并基于考慮地基與結(jié)構(gòu)之間相互作用的不同方法，給出設(shè)計(jì)基巖處和基礎(chǔ)底部的AP1000設(shè)計(jì)譜。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明：基礎(chǔ)底部AP1000設(shè)計(jì)譜不能包絡(luò)核島結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)常用的0.20g標(biāo)定的RG1.60譜。
　　

7、 (4)基于不同核電廠法規(guī)涉及人工合成地震動(dòng)方面的差異，對(duì)比現(xiàn)行中國(guó)可引用的法規(guī)之間在輸入地震動(dòng)的時(shí)程方面的異同，并結(jié)合工程實(shí)踐給出了相關(guān)的評(píng)述和應(yīng)用建議。同時(shí)，基于核電實(shí)際工程需要，提出了一種擬合多阻尼反應(yīng)譜的人工地震動(dòng)時(shí)程優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了提高設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)程對(duì)更多多阻尼目標(biāo)反應(yīng)譜的更高的擬合精度。該方法基于真實(shí)地震記錄或傳統(tǒng)方法獲取初始加速度時(shí)程，然后從全局角度來(lái)考慮添加的信號(hào)，使得添加的信號(hào)對(duì)反應(yīng)的影響總是在可控范圍之內(nèi)，這種可控性

8、通過(guò)對(duì)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)施加約束來(lái)實(shí)現(xiàn)。算例分析結(jié)果表明，該方法可實(shí)現(xiàn)滿足5個(gè)不同阻尼比下的目標(biāo)譜的擬合精度的設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)程合成，同時(shí)較容易地將設(shè)計(jì)地震動(dòng)時(shí)程的反應(yīng)譜與多阻尼目標(biāo)譜的最大誤差降低至5％左右。
　　 (5)基于不同規(guī)范規(guī)定的核電廠抗震分析方法不同，且中國(guó)核電廠抗震規(guī)范中無(wú)復(fù)頻響應(yīng)分析方法，使用時(shí)程動(dòng)力法和復(fù)頻響應(yīng)分析法計(jì)算同一核電廠結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)于核電廠結(jié)構(gòu)，因在抗震設(shè)計(jì)時(shí)其結(jié)構(gòu)體系等效為線性體系，滿足疊

9、加原理要求，故在計(jì)算核電廠結(jié)構(gòu)的響應(yīng)的時(shí)域法或頻域法是等價(jià)的，計(jì)算結(jié)果一致；由于頻率在振動(dòng)過(guò)程中物理概念的重要性，在頻域中處理振動(dòng)問(wèn)題有許多優(yōu)點(diǎn)，且頻域解在計(jì)算上已無(wú)大困難?；诖?，建議中國(guó)核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中應(yīng)增加復(fù)頻響應(yīng)分析法。
　　 (6)基于不同規(guī)范涉及豎向地震動(dòng)方面的規(guī)定不同，對(duì)比分析豎向地震動(dòng)選取的方式不同得到的豎向反應(yīng)譜的差異，并基于AP1000核電廠結(jié)構(gòu)分析豎向反應(yīng)譜的差異可能對(duì)同一核電廠抗震響應(yīng)造成的影響。計(jì)算