葛 磊， 鄭開云， 尚 恒， 吾之英， 盧 星

(上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院有限責(zé)任公司， 上海 200240)

核電廠設(shè)備開展抗震鑒定試驗(yàn)，主要依據(jù)核電廠設(shè)計規(guī)范書或者鑒定試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中給出的地震反應(yīng)譜進(jìn)行[1]。三代核電設(shè)備的抗震試驗(yàn)在位移和加速度指標(biāo)上提出了更高的要求，原有的地震試驗(yàn)系統(tǒng)大都難以滿足三代核電設(shè)備的抗震要求。鑒于此，筆者對三代核電設(shè)備的抗震要求進(jìn)行了研究，確定了相應(yīng)的地震試驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)，為建設(shè)性能優(yōu)越的地震試驗(yàn)系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。

1 抗震試驗(yàn)要求

三代核電需要開展抗震鑒定的試驗(yàn)設(shè)備通常分為管線安裝設(shè)備和硬安裝設(shè)備。管線安裝設(shè)備為安裝在管線中的設(shè)備，硬安裝設(shè)備為直接與樓板或墻壁相連接的設(shè)備。

根據(jù)IEEE std-344、IEEE std-382及三代核電設(shè)備鑒定方法論要求，管線安裝設(shè)備需要進(jìn)行共振頻率探查、2/3RIM(Required Input Motion要求輸入運(yùn)動)試驗(yàn)及RIM試驗(yàn)；硬安裝設(shè)備需要進(jìn)行共振頻率探查、1/2RRS(Required Response Spectrum)試驗(yàn)及RRS試驗(yàn)[2-3]。若設(shè)備既是管線安裝也是硬安裝，則應(yīng)對此設(shè)備分別進(jìn)行單頻率RIM試驗(yàn)和多頻率RRS試驗(yàn)。

2 運(yùn)動參數(shù)分析和確定

共振頻率探查試驗(yàn)及2/3RIM試驗(yàn)參數(shù)被RIM試驗(yàn)參數(shù)所包絡(luò)，1/2RRS試驗(yàn)參數(shù)被RRS試驗(yàn)參數(shù)所包絡(luò)，因此地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)由RIM試驗(yàn)和RRS試驗(yàn)要求所確定。

對于管線安裝設(shè)備試驗(yàn)，由RIM試驗(yàn)曲線通過正弦公式得到地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)；對于硬安裝設(shè)備，由RRS試驗(yàn)曲線通過反演地震反應(yīng)譜得到地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)。

將上述兩個運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行整理和優(yōu)化，得到所要求的地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)。

2.1 RIM試驗(yàn)確定運(yùn)動參數(shù)

三代核電的RIM試驗(yàn)曲線見圖1[4]。

圖1 RIM試驗(yàn)曲線

正弦計算公式為：

(1)

(2)

S2=2S1

(3)

式中:v為速度，m/s;a為加速度，m/s2；S1為單峰行程，m；S2為峰-峰行程，m；f為頻率，Hz。

計算得出2～64 Hz頻率下的位移、速度，見圖2、圖3。

圖2 不同頻率下的位移曲線

圖3 不同頻率下的速度曲線

根據(jù)圖2、圖3得出：地震試驗(yàn)系統(tǒng)的最大峰-峰行程為164 mm，即單峰最大行程為82 mm，最大速度為1 m/s。

根據(jù)RIM試驗(yàn)要求并考慮一定的裕度，地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)見表1。

表1 RIM試驗(yàn)要求下的地震試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動參數(shù)

2.2 RRS試驗(yàn)確定運(yùn)動參數(shù)

根據(jù)三代核電所要求的反應(yīng)譜，反演得到人造地震波時程，再通過人造地震波時程獲得其對應(yīng)的試驗(yàn)反應(yīng)譜(TRS)，并要求試驗(yàn)反應(yīng)譜能夠包絡(luò)要求反應(yīng)譜。

RRS試驗(yàn)要求的頻率為1～100 Hz，因此地震試驗(yàn)系統(tǒng)的頻率為1～100 Hz。

根據(jù)RRS試驗(yàn)要求并考慮一定的裕度，地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)見表2。

表2 RRS試驗(yàn)要求下的地震試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動參數(shù)

地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)通過人工地震波時程的加速度、速度和位移參數(shù)來確定。設(shè)計者認(rèn)為，標(biāo)高為76 m的樓層要求反應(yīng)譜值最大，其反演得出的參數(shù)決定了地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)。此樓層反演得出人造地震波時程見圖4，并得出地震試驗(yàn)系統(tǒng)需要輸出的加速度、速度和位移等參數(shù)[5]。根據(jù)圖4得出：地震試驗(yàn)系統(tǒng)需要輸出的最大加速度X、Y方向?yàn)?5.46 m/s2，Z方向?yàn)?1.54 m/s2；最大速度X、Y方向?yàn)椤?.2 m/s，Z方向?yàn)椤?.2 m/s；最大單峰位移X、Y方向?yàn)椤?66 mm，Z方向?yàn)椤?70 mm。

圖4 標(biāo)高76 m樓層要求反應(yīng)譜和人造地震波時程曲線

2.3 地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)

根據(jù)RIM及RRS試驗(yàn)要求確定的地震試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行整理和優(yōu)化，得到最終的地震試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)指標(biāo)見表3。

表3 地震試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動參數(shù)

3 結(jié)語

通過對三代核電設(shè)備RIM試驗(yàn)和RRS試驗(yàn)參數(shù)分析，經(jīng)優(yōu)化整理并考慮一定的裕量，三代核電設(shè)備抗震鑒定試驗(yàn)所使用的地震試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動參數(shù)指標(biāo)推薦如下：

(1) 頻率為1～100 Hz。

(2) 加速度X、Y、Z方向均為78.4 m/s2。

(3) 速度X、Y方向?yàn)椤?.5 m/s，Z方向?yàn)椤?.5 m/s。

(4) 位移X、Y方向?yàn)椤?80 mm，Z方向?yàn)椤?80 mm。