核電站安全殼隔震可靠度研究

王藝萍,趙玉靜（國核示范電站有限責任公司,山東　榮成　264312）

核電站安全殼隔震可靠度研究

王藝萍,趙玉靜
（國核示范電站有限責任公司,山東榮成264312）

摘要：核電作為一種效率高、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，是我國能源的重要保障。但是，在利用核能進行發(fā)電的過程中，如果不注意安全，也會給人類帶來巨大的災難，因此必須提高核電的安全性。隔震技術是通過結構自振周期的延長而減少上部結構地震反應的一種技術，廣泛應用于建筑結構中，而在核電站的安全殼建設中也可以應用隔震技術，以提高核電站的安全性。本文通過對安全殼隔震技術進行探討，對核電站安全殼隔震的可靠度進行研究。

關鍵詞：核電站；安全殼；隔震；可靠度

0　引言

在社會和經濟不斷進步的過程中，對電力的需求也越來越多，我國的用電量逐年增加，整體的電力供應緊張，因此必須考慮采用一種更高效的技術進行發(fā)電。核電是一種通過核能進行發(fā)電的方法，能夠保證發(fā)電的高效性、可持續(xù)性和環(huán)保。但是在核能發(fā)電的過程中也存在著很大的危險，因此需要采用一定的技術保證核電的安全，安全殼就是有效的方法之一。而在安全殼的建設中采用隔震技術能夠提高安全殼的安全效果，但是其可靠度仍需進行進一步研究。

1　通過建模的方式進行隔震與不隔震的比較

在進行安全殼隔震可靠度的研究時，能夠通過模型的建立對一系列響應進行分析，從而對抗震可靠度進行研究，因此模型的建立是十分重要的。筆者利用大型有限元分析軟件ANSYS進行模型的建立和分析。

1.1核電站安全殼不隔震模型的建立

安全殼是由圓柱形筒體和半球形穹頂兩部分組成的。我們采用等級強度為C50的混凝土，設定圓柱形筒體的內徑為40m，筒壁的厚度為1.1m，高度為48m，設定半球形穹頂的壁厚為0.9m，底部的基礎板厚為6.5m，最終設定的安全殼總高度為68.9m，并在水平角度為0和180度的位置設置了兩個扶壁柱，在水平角度90度，高度為25.6m的位置設定了直徑為7m的設備閘門孔。經過計算，安全殼的凈自由容積在6萬平方米以上，并設定內壓為0.4MPa。

考慮到穹頂與筒體的厚度不一致，我們采用SOLID65單元進行安全殼和筒體的建筑模擬，采用SHELL63單元進行穹頂的模擬，通過采用不同的單元，能夠保證安全殼受力的真實性，便于之后進行受力等各方面的分析。

1.2核電站安全殼隔震模型的建立

核電站安全殼的隔震模型是在不隔震模型的基礎上加上隔震支座來實現的，我們選用鉛芯橡膠隔震支座進行模型的建立，我們采用型號為GZY1100-220的鉛芯橡膠隔震制作，橡膠外徑為1100mm，鉛芯直徑為220mm，橡膠總厚度為6mm，隔振器總高度為294.6mm。核電站的安全殼屬于甲類建筑物，按照建筑抗震設計規(guī)范，豎向的載荷低于平均壓力的限值為10MPa。通過計算，在進行模型建立時為了比較的時候能夠統一，等效水平剛度和等效阻尼比均取100%，且隔震制作的布置均勻對稱，以保證剛心與質心重合，避免在測試過程中發(fā)生扭轉。在建模過程中，隔震結構采用彈簧阻尼單元COMBIN14，通過該單元的模擬使得隔震支座能夠實現100%剪切應變的等效剛度和等效阻尼比。

1.3核電站安全殼不隔震與隔震的性能比較

通過利用ANSYS軟件的建模模擬，我們得到了核電站安全殼不隔震與隔震的模型，然后得到了兩種情況下的反應譜，利用反應譜分析法和時程分析法對核電站安全殼兩種情況進行了對比。其中，反應譜是指通過單自由度彈性體系在地震作用下反應的最大值的絕對值與其自振特性之間的關系而得到的響應譜。采用單點響應譜的方法進行分析，即在模型的一個點集上對響應譜線進行定義。而時程分析法是通過運動方程直接求解的方式，對地震作用下結構的反應進行描述，又被稱作直接動力法。

通過圖像和方程的比較、計算和分析，可以看出，在核電站安全殼的不隔震和隔震模型的動力特性中，安全殼采用隔震結構后，振動周期遠大于不隔震的振動周期，這樣在實際地震發(fā)生時，隔震支座就能夠有效地隔離地表的振動，并且由于核電站的安全殼剛度較大，在采用隔震結構后主要振型是基本振型，因此方便了對動力反應的控制和預測。通過反應譜的分析可以看出，在地震發(fā)生時，不隔震結構的筒壁與基礎交接處的應力是最大的，洞口周圍應力也較大，而采用隔震結構后，使得機構反應的加速度和筒壁相對位移大大減小，提高了核電站安全殼主體的抗震裕度，從而提高了核電站的安全性。

2　核電站安全殼隔震與不隔震可靠度對比

通過采用建模的方法我們對安全殼采用隔震結構與不采用隔震結構的特性進行了分析，同樣的，我們利用這種模型也能夠對核電站安全殼隔震與不隔震的可靠度進行對比與分析。采用的方法是基于反應譜的抗震可靠度法，同時采用拉丁超立方體抽樣技術，通過對核電站安全殼采用隔震結構與不采用隔震結構的抗震可靠度進行了分析。

2.1可靠度

當地震發(fā)生時，隔震支座的建立能夠有效的控制核電站安全殼結構的開裂情況。雖然增加了隔震支座結構之后會使得隔震層發(fā)生位移且影響到了安全殼結構與地面的相對位移，但是經過分析也可以知道只要采用了合理的材料，滿足一定的等效水平剛度和等效阻尼比，就能夠隔震層的位移，從而增加隔震結構的可靠度。

2.2彈性

通過對參數敏感性進行分析，可以知道，對核電站安全殼結構的彈性影響較大的參數為混凝土和鋼筋的彈性模量以及混凝土的泊松比和筒壁的厚度。當不采用隔震結構時，譜控制點在水平方向反應譜的加速度敏感區(qū)對結構的影響較大，而采用了隔震結構的安全殼在水平方向反應譜的位移敏感區(qū)對結構的影響較大。因此核電站安全殼進行水平隔震后，豎向分量就會對處于地震中的整體結構進行嚴重的影響。

3　總結

通過對核電站安全殼隔震和不隔震結構進行模型建立，并采用反應譜分析法和時程分析法對兩種結構在地震中的特性和抗震可靠度進行了比較。通過對比可以知道，當核電站安全殼采用隔震結構后，能夠減少筒壁與基礎之間的位移，從而保證安全殼的可靠性，只要采用一定的材料保證參數達到要求，就能夠從很大程度上保證核電站安全殼的隔震效果。對于核能發(fā)電來說，安全殼起到了防止核能泄露和減少核輻射的作用，因此加大其抗震可靠度對于核電的發(fā)展是十分重要的。

參考文獻：

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