王艺萍,赵玉静（国核示范电站有限责任公司,山东　荣成　264312）

核电站安全壳隔震可靠度研究

王艺萍,赵玉静
（国核示范电站有限责任公司,山东荣成264312）

摘要：核电作为一种效率高、环保、可持续发展的清洁能源，是我国能源的重要保障。但是，在利用核能进行发电的过程中，如果不注意安全，也会给人类带来巨大的灾难，因此必须提高核电的安全性。隔震技术是通过结构自振周期的延长而减少上部结构地震反应的一种技术，广泛应用于建筑结构中，而在核电站的安全壳建设中也可以应用隔震技术，以提高核电站的安全性。本文通过对安全壳隔震技术进行探讨，对核电站安全壳隔震的可靠度进行研究。

关键词：核电站；安全壳；隔震；可靠度

0　引言

在社会和经济不断进步的过程中，对电力的需求也越来越多，我国的用电量逐年增加，整体的电力供应紧张，因此必须考虑采用一种更高效的技术进行发电。核电是一种通过核能进行发电的方法，能够保证发电的高效性、可持续性和环保。但是在核能发电的过程中也存在着很大的危险，因此需要采用一定的技术保证核电的安全，安全壳就是有效的方法之一。而在安全壳的建设中采用隔震技术能够提高安全壳的安全效果，但是其可靠度仍需进行进一步研究。

1　通过建模的方式进行隔震与不隔震的比较

在进行安全壳隔震可靠度的研究时，能够通过模型的建立对一系列响应进行分析，从而对抗震可靠度进行研究，因此模型的建立是十分重要的。笔者利用大型有限元分析软件ANSYS进行模型的建立和分析。

1.1核电站安全壳不隔震模型的建立

安全壳是由圆柱形筒体和半球形穹顶两部分组成的。我们采用等级强度为C50的混凝土，设定圆柱形筒体的内径为40m，筒壁的厚度为1.1m，高度为48m，设定半球形穹顶的壁厚为0.9m，底部的基础板厚为6.5m，最终设定的安全壳总高度为68.9m，并在水平角度为0和180度的位置设置了两个扶壁柱，在水平角度90度，高度为25.6m的位置设定了直径为7m的设备闸门孔。经过计算，安全壳的净自由容积在6万平方米以上，并设定内压为0.4MPa。

考虑到穹顶与筒体的厚度不一致，我们采用SOLID65单元进行安全壳和筒体的建筑模拟，采用SHELL63单元进行穹顶的模拟，通过采用不同的单元，能够保证安全壳受力的真实性，便于之后进行受力等各方面的分析。

1.2核电站安全壳隔震模型的建立

核电站安全壳的隔震模型是在不隔震模型的基础上加上隔震支座来实现的，我们选用铅芯橡胶隔震支座进行模型的建立，我们采用型号为GZY1100-220的铅芯橡胶隔震制作，橡胶外径为1100mm，铅芯直径为220mm，橡胶总厚度为6mm，隔振器总高度为294.6mm。核电站的安全壳属于甲类建筑物，按照建筑抗震设计规范，竖向的载荷低于平均压力的限值为10MPa。通过计算，在进行模型建立时为了比较的时候能够统一，等效水平刚度和等效阻尼比均取100%，且隔震制作的布置均匀对称，以保证刚心与质心重合，避免在测试过程中发生扭转。在建模过程中，隔震结构采用弹簧阻尼单元COMBIN14，通过该单元的模拟使得隔震支座能够实现100%剪切应变的等效刚度和等效阻尼比。

1.3核电站安全壳不隔震与隔震的性能比较

通过利用ANSYS软件的建模模拟，我们得到了核电站安全壳不隔震与隔震的模型，然后得到了两种情况下的反应谱，利用反应谱分析法和时程分析法对核电站安全壳两种情况进行了对比。其中，反应谱是指通过单自由度弹性体系在地震作用下反应的最大值的绝对值与其自振特性之间的关系而得到的响应谱。采用单点响应谱的方法进行分析，即在模型的一个点集上对响应谱线进行定义。而时程分析法是通过运动方程直接求解的方式，对地震作用下结构的反应进行描述，又被称作直接动力法。

通过图像和方程的比较、计算和分析，可以看出，在核电站安全壳的不隔震和隔震模型的动力特性中，安全壳采用隔震结构后，振动周期远大于不隔震的振动周期，这样在实际地震发生时，隔震支座就能够有效地隔离地表的振动，并且由于核电站的安全壳刚度较大，在采用隔震结构后主要振型是基本振型，因此方便了对动力反应的控制和预测。通过反应谱的分析可以看出，在地震发生时，不隔震结构的筒壁与基础交接处的应力是最大的，洞口周围应力也较大，而采用隔震结构后，使得机构反应的加速度和筒壁相对位移大大减小，提高了核电站安全壳主体的抗震裕度，从而提高了核电站的安全性。

2　核电站安全壳隔震与不隔震可靠度对比

通过采用建模的方法我们对安全壳采用隔震结构与不采用隔震结构的特性进行了分析，同样的，我们利用这种模型也能够对核电站安全壳隔震与不隔震的可靠度进行对比与分析。采用的方法是基于反应谱的抗震可靠度法，同时采用拉丁超立方体抽样技术，通过对核电站安全壳采用隔震结构与不采用隔震结构的抗震可靠度进行了分析。

2.1可靠度

当地震发生时，隔震支座的建立能够有效的控制核电站安全壳结构的开裂情况。虽然增加了隔震支座结构之后会使得隔震层发生位移且影响到了安全壳结构与地面的相对位移，但是经过分析也可以知道只要采用了合理的材料，满足一定的等效水平刚度和等效阻尼比，就能够隔震层的位移，从而增加隔震结构的可靠度。

2.2弹性

通过对参数敏感性进行分析，可以知道，对核电站安全壳结构的弹性影响较大的参数为混凝土和钢筋的弹性模量以及混凝土的泊松比和筒壁的厚度。当不采用隔震结构时，谱控制点在水平方向反应谱的加速度敏感区对结构的影响较大，而采用了隔震结构的安全壳在水平方向反应谱的位移敏感区对结构的影响较大。因此核电站安全壳进行水平隔震后，竖向分量就会对处于地震中的整体结构进行严重的影响。

3　总结

通过对核电站安全壳隔震和不隔震结构进行模型建立，并采用反应谱分析法和时程分析法对两种结构在地震中的特性和抗震可靠度进行了比较。通过对比可以知道，当核电站安全壳采用隔震结构后，能够减少筒壁与基础之间的位移，从而保证安全壳的可靠性，只要采用一定的材料保证参数达到要求，就能够从很大程度上保证核电站安全壳的隔震效果。对于核能发电来说，安全壳起到了防止核能泄露和减少核辐射的作用，因此加大其抗震可靠度对于核电的发展是十分重要的。

参考文献：

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