考虑基岩特性对核电厂结构地震响应特性的影响

彭 晓 平

(上海核工程研究设计院，上海 200233)

考虑基岩特性对核电厂结构地震响应特性的影响

彭 晓 平

(上海核工程研究设计院，上海 200233)

引入集中参数方法对核岛基础进行了模拟和抗震分析，通过压水堆核电厂核岛厂房结构在模态和时程下的数值仿真分析结果，表明非线性的地基分析能更好的模拟地基和核岛的相互作用，但差距在工程允许的范围内。

核电厂，弹簧，地震分析，系数

1 概述

在考虑土结构相互作用效应，地基岩石和土的物理特性和参数对结构的地震响应将产生重要的影响。对于这一问题，国内外学者已做了大量的分析和研究，积累了丰富的经验，且在实际工程中得到了较好的应用。但是考虑岩土与结构的相互作用的问题十分复杂，涉及到基础的动力特性，基础形状，上部结构体系及动力反应等等。

目前我国核电厂均建造在岩石基础上，在进行核岛静力和动力计算时，为避免土结构相互作用的复杂计算，常以底部固端约束进行分析计算。在荷载作用下特别是在地震荷载作用下底板荷载的分布，以及在地震作用下固定基础分析与实际产生的结果有什么样的影响是一个非常值得关注的问题。

本文以核岛厂房简化的集中质量杆模型为基础，分别对基础采用三种不同的约束方式，在安全停堆地震工况下地震动反应进行分析比较，确定考虑地基作用对结构的影响效应，为核电厂结构设计提供一些有益的理论依据。

2 弹簧系数k和阻尼系数c

硬岩用水平向和竖直向弹簧单元模拟，在每个刚性梁节点处采用粘滞阻尼。基础梁的每个节点与核岛厂房杆模型底部节点的连接在所有方向上都是刚性的。硬岩弹簧刚度通过闭合计算法计算。南北方向，模型固定在基础上，杆底部有下面几个自由度：Y(NS)、Z(竖向)向摆动，绕X(EW)轴旋转。

水平向弹簧刚度和有效阻尼系数：

(1)

(2)

竖向弹簧刚度和有效阻尼系数：

(3)

(4)

3 计算模型的尺寸和参数

本文计算使用的是简化核岛杆模型。简化核岛杆模型先由三维实体壳模型通过计算生成三维核岛杆模型，再由三维核岛杆模型最终拟合成一根集中质量杆模型，如图1所示。

核岛组合杆模型包括辅助和屏蔽厂房ASB、安全壳内部结构CIS、钢安全SCV三个部分。比较分析中使用了三种不同约束条件的基础模型:1)固定基础模型;2)非线性的弹簧基础模型。考虑到核岛底板的形状不规则，将底板简化等效成矩形。为简化分析，计算只考虑对抬升影响较大的东西方向。

4 时程分析

4.1 楼面谱的比较

对结构进行时程分析，并对固定基础和弹簧基础的计算结果提取楼面谱进行比较。分析表明基础脱开对反应谱的影响可忽略不计，特别是水平向。在竖向上，特别是在标高较低位置处，基础脱开对频率在10Hz～25Hz范围的竖向反应谱影响稍大。然而基础脱开在该频率范围内和ZPA的影响可忽略不计，选取了61号节点的楼面反应谱比较，见图2。

4.2 地基反力的比较

根据时程分析结果，图3给出了当峰值压力发生时东部和西部边缘的基地反力的时程分布。从计算结果可以发现，最大压力出现在西边缘。在西边缘处基础脱开使压力增大9%。

5 结语

本文基于ANSYS软件对简化的核岛杆模型进行了抗震分析，对固定基础和线性弹簧基础分析的楼面谱对比，并对基底反力进行了计算和比较得出如下结论：

1)通过对节点时程结果的比较发现，非线性分析除去基础在地震反应下的拉应力，更符合地基的实际反应。

2)通过线性和非线性基础的比较，两者时程分析的最大地基反力发生在西部边缘，非线性分析结果最大只超过了线性结果的9%，而在东部边缘基本一致。

通过分析可以发现非线性的地基分析能更好的模拟地基和核岛的相互作用，但其分析结果与固端约束基础的计算的差距并不大，在工程允许的范围内，岩石基础固定约束进行分析是可行的。

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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

彭晓平(1982- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)04-0046-02

TU352

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