淺談核電基礎隔震技術

黃杰華

(大連大學土木工程技術研究與開發(fā)中心 遼寧 大連 116622)

一、引言

隨著全球各國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，全球能源缺乏的問題尤為突出，核電作為一種清潔、安全和高效的能源，不僅能促進經(jīng)濟發(fā)展，還能對環(huán)境保護產(chǎn)生重要影響，故核電廠的發(fā)展是一種必然趨勢。近年來，在日本由于地震的影響使得核安全事件陸續(xù)發(fā)生，特別是福島核泄漏事故的發(fā)生，引起了專家和學者們的關注和研究，使世界各國紛紛開展核電廠的極限抗震能力研究，并且將基礎隔震技術引入到核電抗震中。

由地震造成的核安全事故數(shù)不勝數(shù)，為避免同類事故的發(fā)生，將基礎隔震技術引入和應用到核電廠當中，首先可以實現(xiàn)核電廠的抗震設計與建造標準化；其次縮短建造周期，降低核電廠建設的成本；最后使結構的抗震裕度得到提高，從而擁有超設計基準抗震能力。

二、基礎隔震技術的概述

基礎隔震是一種良好的減震控震技術，將隔震裝置設置在底層柱和基礎的連接位置，基于隔震裝置的變形來消耗地震能量，使動力變形減小，避免上部結構及設備遭受地震破壞。目前核電基礎隔震的主要應用對象是核電廠中的反應堆廠房，此外，基礎隔震也被應用到核電廠中的反應堆輔助建筑、燃料廠房以及各種核電設備當中。

在引入基礎隔震技術的早期，隔震裝置普遍使用帶機械阻尼器天然橡膠支座，到現(xiàn)今，更多的是使用具有較大粘性的高阻尼橡膠支座、有較好塑性變形的鉛芯橡膠支座等。在核電隔震設計上，學者們更多的是使用疊層鉛芯橡膠支座。在實際核電項目中，橡膠支座與滑動支座組合的隔震支座體系也逐漸被應用了，如日本福島第一核電站的“緊急應變中心”就采用了該體系來提高其抗震性能。

三、基礎隔震的發(fā)展與應用

在1881年，基礎隔震的概念首次由日本專家河合浩藏提出，后來將基礎隔震成功應用到現(xiàn)實項目中的是美國的F.L.萊特，他基于東京帝國飯店的項目，提出了利用短樁基礎結合軟弱淤泥層當隔震層的方案，在后來的東京大地震中該飯店基本完好無損，展示了良好的抗震性，表明此次隔震設計相當成功。在早期階段，盡管已經(jīng)掌握了一定的隔震理論知識，但因為受限于當時的設備條件和科研水平，基礎隔震的優(yōu)勢還未能被學者們充分認識，所以探索和推廣基礎隔震技術的步伐相當緩慢。

在現(xiàn)代階段，高阻尼橡膠墊、疊層橡膠墊以及鉛芯疊層橡膠墊等的成功研發(fā)，并在后來被應用為隔震裝置，為基礎隔震技術的發(fā)展提供了條件。新西蘭是世界上首先將鉛芯疊層橡膠墊應用到建筑物隔震中的國家，其應用對象是該國1984年建造的一棟四層高的建筑物；一年之后，美國建成了該國第一座疊層橡膠墊隔震大樓；隨后在1986年，日本將鉛芯橡膠墊應用到實際項目中，建成了一幢技術中心大樓。到目前為止，全球超過30個國家對基礎隔震技術展開研究，并將其應用在橋梁工程、民用或商用建筑，甚至是核電等方面。在世界上，采用了基礎隔震技術的建筑超過3000棟，其中使用疊層橡膠隔震墊的建筑占了絕大多數(shù)。

四、國內(nèi)基礎隔震的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)學者自上世紀60年代陸續(xù)開展關于基礎隔震領域的探索，進入80年代以后，我國對基礎隔震方面的重視程度越來越高，從早期對摩

擦滑移隔震構造的研究到后來對疊層鉛芯橡膠支座的研究，都有了很大的突破。近些年來我國的學者們開始進行有關三維隔震技術的研究。

候鋼領等[1]將基礎隔震原理應用到某核電廠安全殼中并分析其減震效果。閆維明等[2]開展了在不同地震動輸入的情況下，整體基礎隔震核電結構的動力特性研究。候鋼領等[3]提出了基礎隔震—調(diào)頻質(zhì)量阻尼(BIS-TMD)抗震結構，并應用于雙層安全殼核電站結構中，對其抗震性能進行分析。路立娜等[4]先后建立了采用基底隔震和無隔震的核電站廠房的三維有限元模型，并對其樓層反應譜進行對比分析。莊初立等[5]基于AP1000核島有限元模型，引入基礎隔震控制技術，對其在超設計地震作用下的震動控制效果進行研究。譚平等[6]對核電站CPR1000堆型反應堆廠房中應用基礎隔震技術并進行隔震研究。戴穎楠等[7]以第四代核電站結構為研究對象，對其進行整體基礎三維隔震地震反應分析。

五、核電廠隔震設計相關規(guī)范

雖然我國在關于核電廠隔震設計領域的相關規(guī)范仍處于尚未完善的階段，但與橡膠支座有關的規(guī)范在我國陸續(xù)出臺了，例如《疊層橡膠支座隔震技術規(guī)程》(CECS 126-2001)、《疊層橡膠支座基礎隔震建筑構造圖集》(DBJT 25-99-2003)和《橡膠支座 第3部分：建筑隔震橡膠支座》(GB 20688.3-2006)等規(guī)范。

由于日本的地震活動比較活躍，因此在核電廠隔震方面的研究和應用比較多，而一些相應的規(guī)范也出臺了。日本先是在2000年發(fā)布了《核電廠隔震結構設計技術指南》(JAEG 4614-2000)，并在九年后發(fā)布了《隔震結構審查規(guī)則指南》(JNES-SS-1001)。此外，在2007年發(fā)布的《核電廠地震作用下概率安全評價實施標準》(AESJ-SC-P006：2007)中有少量關于隔震的內(nèi)容。

美國也出臺了與隔震相關的規(guī)范。美國在1998年發(fā)布了ASCE 4—98《核電廠結構抗震分析及解說》，在2005年發(fā)布了ASCE 43—05《核設施結構、系統(tǒng)及組件的抗震設計標準》，在2006年發(fā)布了ACI 349—06《核安全相關混凝土結構的適用標準及評論》，直到2012年，發(fā)布了ANSI/AISC N690—12《核設施安全相關鋼結構設計、制造及安裝規(guī)范》。

六、總結

本文簡要的介紹了核電基礎隔震技術的相關現(xiàn)狀，目的在于為核電廠隔震的應用研究提供參考。根據(jù)目前基礎隔震的發(fā)展形勢可以預見，在未來很長時間內(nèi)，基礎隔震技術將會不斷完善和優(yōu)化。筆者認為，能同時在水平和豎直方向進行隔震的三維隔震支座是未來一個很好的研究方向。