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)

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和時程下的數值仿真分析結果，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。

核電廠，彈簧，地震分析，系數

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對結構的地震響應將產生重要的影響。對于這一問題，國內外學者已做了大量的分析和研究，積累了豐富的經驗，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。

2 彈簧系數k和阻尼系數c

硬巖用水平向和豎直向彈簧單元模擬，在每個剛性梁節點處采用粘滯阻尼。基礎梁的每個節點與核島廠房桿模型底部節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：

(1)

(2)

豎向彈簧剛度和有效阻尼系數：

(3)

(4)

3 計算模型的尺寸和參數

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。考慮到核島底板的形狀不規則，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和ZPA的影響可忽略不計，選取了61號節點的樓面反應譜比較，見圖2。

4.2 地基反力的比較

根據時程分析結果，圖3給出了當峰值壓力發生時東部和西部邊緣的基地反力的時程分布。從計算結果可以發現，最大壓力出現在西邊緣。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)通過對節點時程結果的比較發現，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。

通過分析可以發現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，巖石基礎固定約束進行分析是可行的。

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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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