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不同地震环境下核电厂建筑结构地震反应特性分析

周伯昌  
【摘要】: 随着我国核电厂的不断建设,积极开展核电厂建筑结构的抗震研究已非常重要。本研究课题就是在近些年来核电工程实践的基础上,以某类核电厂为研究对象,探索在不同的地震环境下,核电厂建筑结构的反应特征和抗震性能,为核电厂建筑结构的抗震设计和相关研究提供资料和建议。研究内容涉及以下三个部分: (1)核电厂厂址地震动参数特征分析 文中所涉及到的核电厂厂址地震动参数为近些年核电厂厂址可行性研究阶段地震安全性评价的成果,重点研究厂址峰值加速度和加速度谱特征,并与国内外相关规范关于峰值加速度和加速度谱的规定对比、分析。 研究给出了以下结果:①十个核电厂潜在厂址特定地面运动峰值加速度的实际计算值有一半在国家标准《核电厂抗震设计规范》(GB50267-97)相关规定1.5m/s~2以上,另一半在规定1.5m/s~2以下。②从十个潜在厂址特定设计谱的研究可知:在短周期部分,厂址特定设计谱的差别相对较小,而在中长周期部分,厂址特定设计谱相差很大,且越往长周期部分差距越大;与NRC RG1.60谱和HAD101/01谱相比:短周期部分,厂址特定设计谱均大大低于两规范谱,而其中低于HAD101/01谱更明显;中长周期部分,厂址特定设计谱相比于HAD101/01谱又太高,相比于NRC RG1.60谱,部分厂址谱也略有偏高。 (2)核电厂建筑结构多个分析模型动力特性对比 以某核电厂为对象,建立两种不同的精确的三维有限元模型,分别开展模态分析,进行结构模型动力特性对比,同时通过两种计算模型的对比分析,验证结构分析模型的准确性。 研究表明按照结构的精确形状和尺寸建立的两种不同的三维有限元模型是正确的,均可作为进一步的力学分析的模型。同时,两种模型的动力特性也可作为后续研究的基础。 (3)不同特性地震动输入下核电厂建筑结构的三维地震反应特征分析 以(1)和(2)的研究为基础,对结构进行反应谱分析和动力时程分析,分别得到不同地震环境的场地地震动和规范反应谱的地震动输入下结构应力和楼层反应谱特征,并找出结构的响应特征与前两部分研究结论的关系。这部分内容还包括一些处理方法的研究工作,如输入时程反演、不同的计算结果处理方法的对比和强度校核等。 研究给出了以下结果:①以不同的峰值加速度和加速度反应谱为特征的地震动输入下,得到的结构楼层反应谱的谱形、峰值及其对应的频率特征基本和输入的不同的地震动反应谱比较特征一致,这说明不同地震环境下结构的地震反应敏感性特征相对于输入(厂址地震动参数特征及其相对于国内外规范的比照特性)是基本一致的;对于每一种地震动输入,得到的楼层反应谱都随结构层数的增高而增大。②不同特性地震动输入下,对核电厂建筑结构进行三维弹性反应谱分析,以压力舱室为研究对象的结果表明:压力舱室在x、y、z三个方向的应力响应均在结构弹性工作范围内。其中,z方向的应力响应值相比于其它两个方向比较大;无论对于每个楼层还是对于每个方向,不同特性地震动输入参数特征及其在结构的各个方向上第一阶自振频率处的大小关系一定程度上决定了结构应力响应在各个方向上的大小关系;压力舱室每一层出现最大应力响应的部位集中在压力舱室转角及其与厂房连接的部位,且方形舱室在每一层的最大应力值均比圆形舱室要大。对于整个压力舱室而言,地下第一层的应力值最小,地上第一层的应力值最大。 最后,对本文的研究工作做了总结,并阐明了今后进一步的工作方向。本文的研究成果可以为核电厂抗震设计提供理论依据,同时为核电厂相关规范的制订和修订提供参考。


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