屋頂加層對核電站廠房樓層反應(yīng)譜的影響評估

馮芝茂 于 暉

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

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屋頂加層對核電站廠房樓層反應(yīng)譜的影響評估

馮芝茂 于 暉

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

以某核電站廠房為分析對象，建立了該廠房屋頂加層變更結(jié)構(gòu)計算模型，對變更后該廠房的樓層反應(yīng)譜進行了計算，并與參考電站標準設(shè)計譜作了比較，評估了該變更對標準設(shè)計譜的影響。

核電站，樓層反應(yīng)譜，廠房結(jié)構(gòu)，計算模型

0 引言

十三五以來，國內(nèi)核電已進入快速發(fā)展期，特定廠址的核電站設(shè)計與建造基本上是按照某種堆型的標準化設(shè)計來進行的。核電站廠房結(jié)構(gòu)的樓層反應(yīng)譜是相關(guān)工藝設(shè)備抗震設(shè)計的輸入條件，對相關(guān)設(shè)備制造與認證具有重要意義[1]。

本文以特定廠址核電站某廠房為分析對象，結(jié)合設(shè)計過程中該廠房屋頂加層變更，采用三維連續(xù)半空間邊界子結(jié)構(gòu)法來考慮土—結(jié)構(gòu)相互作用，同時考慮了多組地震動輸入時程，來計算加層變更后該廠房的樓層反應(yīng)譜，并與參考電站標準設(shè)計譜做了比較，評估了該變更對參考電站標準設(shè)計譜的影響。

1 計算模型與參數(shù)

1.1 計算模型

計算采用的軟件為SASSI v2.30版，該軟件采用三維連續(xù)半空間邊界子結(jié)構(gòu)法來計算土—結(jié)構(gòu)相互作用,屬于阻抗函數(shù)法。結(jié)構(gòu)采用集中質(zhì)量桿單元模型來模擬。參考電站廠房結(jié)構(gòu)計算模型如圖 1 所示，某特定廠址加層后廠房結(jié)構(gòu)計算模型如圖2所示，加層后影響的質(zhì)點質(zhì)量和質(zhì)量慣量及梁單元的特性參數(shù)分別列于表1，表 2。

表1 質(zhì)量和質(zhì)量慣量

參數(shù)質(zhì)量點號質(zhì)量/×103kg質(zhì)量慣量/×106kg·m2JXXJYY參考電站94910429859某廠址93675296487103478301317

1.2 地基參數(shù)

表2 桿單元特性

參考電站標準設(shè)計譜考慮的多組地基參數(shù)中，剪切波速為600 m/s～3 300 m/s，壓縮波速為1 400 m/s～5 800 m/s，阻尼比為0.03～0.05；特定廠址的地基參數(shù)中，剪切波速為2 700 m/s，壓縮波速為4 700 m/s，阻尼比為0.05。

1.3 地震動輸入時程

計算中輸入時程采用RG1.60反應(yīng)譜擬合的4組統(tǒng)計獨立的人工時程，每組時程包括2個水平方向和1個豎直方向。水平向地面運動峰值加速度為0.2g，豎向為0.134g。反應(yīng)譜的結(jié)果取4組時程的平均值[2，3]。

2 反應(yīng)譜計算結(jié)果

通過計算，分別得到了參考電站8種基巖條件下包絡(luò)后的標準設(shè)計譜和特定廠址加層后廠房的樓層反應(yīng)譜，這兩組譜均包含水平方向和豎直方向，對應(yīng)目標阻尼比2%，4%，5%，7%，10%。此處僅給出兩組譜對應(yīng)2%阻尼比在標高25.325 m(節(jié)點9)的樓層反應(yīng)譜曲線(見圖3，圖4)。

3 加層對樓層反應(yīng)譜的影響分析

3.1 對結(jié)構(gòu)主頻的影響

加層后廠房結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量變大，整體剛度基本不變，導致結(jié)構(gòu)X，Y，Z三個方向主頻變小，主頻對比結(jié)果見表3。

表3 結(jié)構(gòu)主頻

3.2 譜值的對比

表4 水平方向譜值的對比

表5 豎直方向譜值的對比

從表4，表5結(jié)合圖3，圖4可以看出:

1)一般情況下，特定廠址廠房的屋頂加層會使結(jié)構(gòu)質(zhì)量變大，進而使結(jié)構(gòu)主頻變小，加層后廠房水平方向和豎向方向的樓層反應(yīng)譜峰值均發(fā)生明顯左移，即反應(yīng)譜峰值對應(yīng)頻率變小。2)以標高15.140 m和24.250 m為例，對于廠房較高樓層，特定廠址廠房的屋頂加層使水平方向的反應(yīng)譜峰值變小，豎直方向的反應(yīng)譜峰值變大。峰值相對變化量在-5.6%～+1.3%，影響較??；另一方面，對于低頻點和零周期點，特定廠址廠房的樓層反應(yīng)譜均可被參考電站的標準設(shè)計譜所包絡(luò)。

4 結(jié)語

通過比較特定廠址某加層后廠房樓層反應(yīng)譜與參考電站標準設(shè)計譜的差異，評估了該變更對參考電站標準設(shè)計譜的影響。屋頂加層使廠房結(jié)構(gòu)總質(zhì)量增加5%以內(nèi)時，對水平方向與豎向樓層反應(yīng)譜的影響較小。而對主頻的影響較大，具體體現(xiàn)在反應(yīng)譜峰值隨著主頻變小向左移動。綜合來講，屋頂加層對樓層反應(yīng)譜的影響有限，結(jié)果在可接受范圍。

[1] 李忠獻，李忠誠,沈望霞.核反應(yīng)堆廠房結(jié)構(gòu)樓層反應(yīng)譜的敏感性分析[J].核動力工程，2005(1):44-50.

[2] 林 皋，李建波，鐘 紅.考慮地震動不確定性的核電廠樓層反應(yīng)譜分析[J].大連理工大學學報，2012(3):387-392.

[3] 王海濤，何樹延，張征明.同時滿足反應(yīng)譜匹配和功率譜密度包絡(luò)要求的人工時程生成算法[J].核動力工程，2009(1):112-115.

On influence evaluation of the added floors on the floor response spectrum of workshops in nuclear power stations

Feng Zhimao Yu Hui

(ChinaNuclearPowerEngineeringCo.,Ltd,Beijing100840,China)

It regards one workshop in a nuclear power plant as the analytical object. Establishes the calculation model for the added floors alteration of roofs in the workshops. It calculates floor response spectrum after the design change. The differences between floor response spectrum after the design change and reference are compared. The impact of change on standard design spectrum is evaluated.

nuclear power plant, floor response spectrum, workshop structure, calculation model

1009-6825(2016)11-0048-02

2016-02-01

馮芝茂(1987- )，男，工程師； 于 暉(1982- )，男，工程師

TU311

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