彭 曉 平

(上海核工程研究設計院，上海 200233)

考慮基巖特性對核電廠結構地震響應特性的影響

彭 曉 平

(上海核工程研究設計院，上海 200233)

引入集中參數(shù)方法對核島基礎進行了模擬和抗震分析，通過壓水堆核電廠核島廠房結構在模態(tài)和時程下的數(shù)值仿真分析結果，表明非線性的地基分析能更好的模擬地基和核島的相互作用，但差距在工程允許的范圍內(nèi)。

核電廠，彈簧，地震分析，系數(shù)

1 概述

在考慮土結構相互作用效應，地基巖石和土的物理特性和參數(shù)對結構的地震響應將產(chǎn)生重要的影響。對于這一問題，國內(nèi)外學者已做了大量的分析和研究，積累了豐富的經(jīng)驗，且在實際工程中得到了較好的應用。但是考慮巖土與結構的相互作用的問題十分復雜，涉及到基礎的動力特性，基礎形狀，上部結構體系及動力反應等等。

目前我國核電廠均建造在巖石基礎上，在進行核島靜力和動力計算時，為避免土結構相互作用的復雜計算，常以底部固端約束進行分析計算。在荷載作用下特別是在地震荷載作用下底板荷載的分布，以及在地震作用下固定基礎分析與實際產(chǎn)生的結果有什么樣的影響是一個非常值得關注的問題。

本文以核島廠房簡化的集中質(zhì)量桿模型為基礎，分別對基礎采用三種不同的約束方式，在安全停堆地震工況下地震動反應進行分析比較，確定考慮地基作用對結構的影響效應，為核電廠結構設計提供一些有益的理論依據(jù)。

2 彈簧系數(shù)k和阻尼系數(shù)c

硬巖用水平向和豎直向彈簧單元模擬，在每個剛性梁節(jié)點處采用粘滯阻尼?；A梁的每個節(jié)點與核島廠房桿模型底部節(jié)點的連接在所有方向上都是剛性的。硬巖彈簧剛度通過閉合計算法計算。南北方向，模型固定在基礎上，桿底部有下面幾個自由度：Y(NS)、Z(豎向)向擺動，繞X(EW)軸旋轉。

水平向彈簧剛度和有效阻尼系數(shù)：

(1)

(2)

豎向彈簧剛度和有效阻尼系數(shù)：

(3)

(4)

3 計算模型的尺寸和參數(shù)

本文計算使用的是簡化核島桿模型。簡化核島桿模型先由三維實體殼模型通過計算生成三維核島桿模型，再由三維核島桿模型最終擬合成一根集中質(zhì)量桿模型，如圖1所示。

核島組合桿模型包括輔助和屏蔽廠房ASB、安全殼內(nèi)部結構CIS、鋼安全SCV三個部分。比較分析中使用了三種不同約束條件的基礎模型:1)固定基礎模型;2)非線性的彈簧基礎模型?？紤]到核島底板的形狀不規(guī)則，將底板簡化等效成矩形。為簡化分析，計算只考慮對抬升影響較大的東西方向。

4 時程分析

4.1 樓面譜的比較

對結構進行時程分析，并對固定基礎和彈簧基礎的計算結果提取樓面譜進行比較。分析表明基礎脫開對反應譜的影響可忽略不計，特別是水平向。在豎向上，特別是在標高較低位置處，基礎脫開對頻率在10Hz～25Hz范圍的豎向反應譜影響稍大。然而基礎脫開在該頻率范圍內(nèi)和ZPA的影響可忽略不計，選取了61號節(jié)點的樓面反應譜比較，見圖2。

4.2 地基反力的比較

根據(jù)時程分析結果，圖3給出了當峰值壓力發(fā)生時東部和西部邊緣的基地反力的時程分布。從計算結果可以發(fā)現(xiàn)，最大壓力出現(xiàn)在西邊緣。在西邊緣處基礎脫開使壓力增大9%。

5 結語

本文基于ANSYS軟件對簡化的核島桿模型進行了抗震分析，對固定基礎和線性彈簧基礎分析的樓面譜對比，并對基底反力進行了計算和比較得出如下結論：

1)通過對節(jié)點時程結果的比較發(fā)現(xiàn)，非線性分析除去基礎在地震反應下的拉應力，更符合地基的實際反應。

2)通過線性和非線性基礎的比較，兩者時程分析的最大地基反力發(fā)生在西部邊緣，非線性分析結果最大只超過了線性結果的9%，而在東部邊緣基本一致。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)非線性的地基分析能更好的模擬地基和核島的相互作用，但其分析結果與固端約束基礎的計算的差距并不大，在工程允許的范圍內(nèi)，巖石基礎固定約束進行分析是可行的。

[1] ASCE 4-98，Seismic Analysis of Safety Related Nuclear Structure[S].

[2] 李 杰,李國強.地震工程學導論[M].北京：地震出版社,2003.

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Effects of seismic response for nuclear power station structure considering the characteristic of rock foundation

Peng Xiaoping

(ShanghaiNuclearEngineeringResearch&DesignInstitute,Shanghai200233,China)

Unclear basement simulation and seismic analysis is carried out by introducing concentrated parameter method. A numerically analysis about modal and time history is used for the unclear island building， it shows that non-linear base have more effect for the simulation of basement, but the department is small. The fixed restriction is acceptable in engineering.

nuclear power station， spring， seismic analysis, coefficient

2014-11-22

彭曉平(1982- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)04-0046-02

TU352

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