陳楊

摘要：在核電站的運行過程當(dāng)中，保證其安全可靠是極為關(guān)鍵的，核電廠核島最重要廠房結(jié)構(gòu)——安全殼是核反應(yīng)堆承受事故的最后一道安全屏障，對安全殼的抗震設(shè)計是核電站設(shè)計的重中之重，歷來就是國內(nèi)外土建界關(guān)心和研究的重點。隔震結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)的抗震設(shè)計理念，是指在結(jié)構(gòu)底部與基礎(chǔ)面之間設(shè)置某種隔震裝置，既能很好的承擔(dān)結(jié)構(gòu)的豎向荷載，又因為它的側(cè)向剛度比較低，能夠增大結(jié)構(gòu)的自振周期和減小上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，從而確保上部結(jié)構(gòu)安全。隔震技術(shù)已在各國得到了比較廣泛的關(guān)注，并廣泛運用于各種房屋建筑、公路橋梁及結(jié)構(gòu)的加固中。本文對于核電站的安全殼隔震能力進行了評估，通過動力響應(yīng)規(guī)律的考察來對其進一步的發(fā)展進行探討，力求提升核電站的運行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：核電站；安全殼；隔震

隔震技術(shù)現(xiàn)已在世界各國得到了比較廣泛的關(guān)注，并廣泛運用于各種房屋建筑、公路橋梁及結(jié)構(gòu)的加固中。其具有雙屈服面的彈塑性，在工程上有著更加實際的應(yīng)用，它可以對于堆石料中的剪脹特性進行反應(yīng)，相對于一些傳統(tǒng)的非線性的模型，其能夠更加合理的反映出其物理特性，同時還可以利用鄧肯模型的相關(guān)分析，來對其進行優(yōu)化，因此其有著越來越重要的地位。使用了廣義位勢理論來對于本構(gòu)關(guān)系進行了探討，通過對于塑性函數(shù)以及屈服函數(shù)進行計算，從而減小了誤差，使得計算更加的具有準確性和嚴謹性。多重勢面模型通過利用鄧肯的模型來對其進行優(yōu)化，對于一些特性進行了良好的反映，其在應(yīng)用過程中具有更加實用的作用，是一個優(yōu)點比較突出的模型。

1隔震技術(shù)原理

隔震結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)的抗震設(shè)計理念，是指在結(jié)構(gòu)底部與基礎(chǔ)面之間設(shè)置某種隔震裝置，既能很好的承擔(dān)結(jié)構(gòu)的豎向荷載，又因為它的側(cè)向剛度比較低，能夠增大結(jié)構(gòu)的自振周期和減小上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，從而確保上部結(jié)構(gòu)安全。我國學(xué)者從二十世紀六十年代開始關(guān)注結(jié)構(gòu)隔震理論，廣州周福霖院士，湖南大學(xué)黃為明等對疊層橡膠墊的性能進行了試驗研究，并陸續(xù)在國內(nèi)建設(shè)了一些隔震建筑，其中有些建筑經(jīng)歷了地震的考驗，證實了隔震的有效性。Goodman模型可以對于其切向的變化進行有效的描述，同時也可以進行接觸面的仿真，因為其主要是通過假設(shè)來參照，從而實現(xiàn)相對位移的計算，但是它的主要問題在于人為的指定有可能會使得最終的迭代計算出現(xiàn)一定的問題，使得偏差變大，土木的單元出現(xiàn)脫離的情況，不符合實際情況，這是無厚度單元的不足之處。在之前對于隔震技術(shù)進行相關(guān)的分析時，很多時候采用的是Duncan E-v的方案，但是這也存在著一些問題，主要在于其可能會造成所計算出來的應(yīng)力和真正的水平的位移出現(xiàn)一定的偏差，所以我們利用鄧肯的模型來對其進行替代，根據(jù)實際的工程經(jīng)驗來對于其參數(shù)進行分析與計算，同時因為其使用比較簡單，精確度較高，那么就在混凝土的計算當(dāng)中有著大量的應(yīng)用，同時也為這個方法而發(fā)布了很多成果，這個模型在進行一定的改進之后，所得到的結(jié)果是非?？煽康?，不僅能夠滿足工程上的要求，也能使得石壩更加的安全。但是其問題就在于對于剪脹特性，其無法進行更好的反推，所以我們希望有著更好的模型來對其進行改良。

2安全隔振計算模型的建立

2.1安全殼結(jié)構(gòu)

某核電站安全殼內(nèi)殼為單層預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土殼，混凝土強度等級為C50。安全殼圓筒平面內(nèi)徑22m，壁厚1.2m，圓筒上接扁殼型穹頂半徑為32.66m，穹頂厚1m。根據(jù)布置設(shè)計，安全殼筏基底部標高為-7.5m，穹頂標高為58.5m，穹頂由兩段8m半徑的弧和一段32m半徑的弧組成，其內(nèi)部容積為9萬m3。

2.2隔震計算模型

安全殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)共用鋼筋混凝土筏板式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板的厚度為5m，剛度較大，安全殼模型從基礎(chǔ)底板頂面之上建立，一般結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與地基連接為鉸支座，隔震支座豎向剛度為無窮大，水平剛度較小。隔震支座的力學(xué)模型可以簡化為由水平方向的非線性彈簧和粘滯阻尼器、豎向的線性彈簧所組成。即水平方向用Combin40雙線性單元模擬，豎向剛度很大，采用Combin14單元模擬。混凝土單軸抗壓強度取為50MPa，單軸抗拉強度取為4MPa，彈性模量取為3.50x104MPa。初步設(shè)計采用55束15.7mm，強度標準值為1860MPa的預(yù)應(yīng)力筋。模型中采用SOLID65單元模擬安全殼筒體、穹頂、扶壁柱等混凝土部分。用LINK8單元模擬預(yù)應(yīng)力鋼束。在地震之后，安全殼中的水體可能會有著較大的應(yīng)力，那么就可能直接影響到擋水壩，而且它本身還受到安全殼變形的影響，是一種流固耦合問題。認為地基在豎直方向是剛性的，可以直接采用水壓力來進行分析，假設(shè)存在無窮遠的上游方向，安全殼底部假定為水平面，且是剛性的。采用簡諧運動的模型來對于壓力進行建模，這樣就可以有效的進行質(zhì)量分析，不使用水體壓縮就可以有效的進行應(yīng)力計算，同時采用有限元的分析技術(shù)，可以在假設(shè)流動較小時，對其表面波進行忽略，從而能夠簡潔準確的進行安全殼的水作用分析。主要利用的是等效線彈性方式，其可以對于其非線性相關(guān)的特點來進行描述，同時利用阻尼比來對其進行等效，最終能夠得到應(yīng)力的變化關(guān)系，但是其缺點在于無法進行具體的公式推導(dǎo)。該模型有以下不足之處：該模型加卸載模量相同，難以區(qū)分，與實際情況不符；但是其缺點主要是在于無法進行永久變形量的計算，同時無法對于其應(yīng)力的特性進行相關(guān)的分析，需要利用更為完善的模型來進行判斷。但是，該模型由于概念清晰，使用簡便，目前的應(yīng)用最為廣泛。面板壩模型振動試驗顯示，安全殼在振動過程當(dāng)中存在著明顯的基本頻率，可以表明，從理論上來講該方法具有一定的合理性。

3計算結(jié)果分析

隔震核安全殼由于橡膠墊水平剛度很小，因此位移主要集中在隔震層。但隔震層位移值很小僅27mm，未超過橡膠墊位移最大值280mm。并且上部結(jié)構(gòu)基本處于整體平移狀態(tài)，位移較小，僅6mm。而一般結(jié)構(gòu)由于基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)固結(jié)，因此上部結(jié)構(gòu)變形較大?？梢钥闯?，隔震結(jié)構(gòu)變形主要集中在隔震層，上部位移僅是一般結(jié)構(gòu)的12%左右。應(yīng)用ANSYS分析得到隔震與一般結(jié)構(gòu)最大加速度值響應(yīng)，結(jié)構(gòu)最大加速度發(fā)生在結(jié)構(gòu)頂點處。隔震技術(shù)安全殼的加速度反應(yīng)明顯減小，是未隔震反應(yīng)的20%左右。對巖土的荷載實驗進行探究可以發(fā)現(xiàn)，在地震發(fā)生之后動力的變化特征主要有兩個，在于其有著滯后與非線性的特點，如果對其進行循環(huán)的應(yīng)力提供，那么它將會成為一個滯回的曲線，來對于應(yīng)力進行反映，通過施加不同大小應(yīng)力循環(huán)的周期剪應(yīng)力，獲得多個滯回國，將每個滯回國中的應(yīng)變最大值點連成曲線，得到土的應(yīng)力一應(yīng)變骨干曲線，它們兩者共同反映了巖土體的動應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系全過程。

針對于以上的情況，我們對于安全殼的抗震問題有以下建議：

1）注重安全殼的質(zhì)量提升

我國采用了國家的強制標準來對于安全殼的施工標準進行了有效的定義，這樣才使得我國的安全殼質(zhì)量明顯提升，同時對于世界上的先進管理經(jīng)驗進行了學(xué)習(xí)，這樣使得我國在管理方面取得了極大的進步。安全殼管理是建筑整體項目的一個重要組成部分，在安全殼使用之前就要對整個安全殼中所需的成本進行一定的分析，對所有的過程、對各個細節(jié)都要進行考察，這樣就能使得安全殼的管理更加的科學(xué)與精確。

2）對抗震設(shè)施進行可靠性管理

對可靠性的管理主要以下幾項詳細的工作，第一是應(yīng)該對整個結(jié)構(gòu)的分布與形式進行考察，將其各個參數(shù)，尤其是細節(jié)方面時段進行記錄與仿真。第二對土地使用情況進行分析調(diào)查。第三是做好地基方面的檢查，將技術(shù)性的工作情況數(shù)據(jù)進行調(diào)查分析，使得能夠得到在歷史地基發(fā)生變化時，結(jié)構(gòu)中的改變情況。第四是對抗震設(shè)施進行分析，選取能夠滿足工作要求的材料，同時對其使用情況進行考察。第五是對抗震部件進行排查，將存在故障的部分進行移除，對于其裂縫與變形情況，要及時的記錄。根據(jù)在火災(zāi)后抗震設(shè)施結(jié)構(gòu)的尺寸和實際受力情況確定其計算簡圖，在承載力驗算過程中，應(yīng)該將構(gòu)件當(dāng)中的磨損與缺陷等情況進行合理有效的控制，需要進行適當(dāng)?shù)膹姸日蹨p，并且考慮到應(yīng)用中結(jié)構(gòu)變形、荷載偏心、熱脹冷縮作用等原因?qū)е碌母郊討?yīng)力。

3）加強對于安全殼的常規(guī)檢查

對于所使用材料應(yīng)該嚴格按照加固設(shè)計方案中標注的加固部位和材料進行施工。如果缺乏原始材料資料，則通過實際測量確定材料的選擇。針對于抗震能力進行施工時對鋼筋、水泥、混凝土等的強度都有要求，在混凝土中絕不能摻入火山灰、粉煤灰等摻和料，無論是灌漿材料還是粘結(jié)材料，其粘結(jié)強度都應(yīng)該比建筑原有構(gòu)件和加固部分構(gòu)件的強度要高，這樣才能保證建筑的抗火災(zāi)能力。

4結(jié)論

這些年來，很多的高新技術(shù)進行發(fā)展，計算機、自動化等技術(shù)在工業(yè)中得到了廣泛的推廣，同時，在抗震技術(shù)的作用下，使得安全殼管理水平越來越高，其主要依靠傳感器、控制器等實現(xiàn)自動的控制與操作，因此我們必須提升安全殼抗震的可靠度，使其更好地為我們而服務(wù)。

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