核电厂结构抗震分析中不同规范 要求引起的差异及影响分析

发表时间:2020/12/29   来源:《基层建设》2020年第25期   作者:白璐
[导读] 摘要:核电厂抗震结构分析,是制定抗震方案,优化核电厂抗震结构能力的重要前提。
        核工业工程研究设计有限公司  北京市  101300
        摘要:核电厂抗震结构分析,是制定抗震方案,优化核电厂抗震结构能力的重要前提。通过核电厂结构抗震分析中不同规范要求引起的差异及影响分析展开研究,根据对不同规范的介绍,分析动力时程分析法与复频响应分析法在抗震结构分析中存在的差异性,通过不同规范下核电厂抗震结构分析对比,掌握核电厂结构抗震相关内容,并且对差异与影响深入研究,选择最佳抗震分析方法。
        关键词:核电厂结构;抗震分析;动力时程分析法;复频响应分析法
        核电厂结构抗震分析中,不同规范要求所引起的差异以及影响,关系到核电厂整体结构的抗震性能。核电厂抗震分析,不需要固定于某一定规范或者模式,结合抗震分析情况与阶段完成抗震分析。不同规范下核电厂结构在抗震分析会受到其中差异的影响,导致计算出现误差。对此必须认识到在不同规范下,核电厂抗震结构分析可能出现的差异与受到的影响,通过有效方式解决这方面额困扰。
        1 核电厂结构抗震分析不同规范介绍
        核电厂结构抗震分析中,并没有计算方法进行限制,因此在抗震分析中可以应用不同的抗震计算方法,对核电厂结构抗震能力进行评定。因为参考规范不同,所以推荐的计算方法不同。当前应用最广泛的包括如下:
        《核电厂抗震设计规范》是中国比较在常用的规范GB50267-97,对核电厂结构抗震设计要求,在正常情况中,抗震设计如果为Ⅰ、Ⅱ类项目,抗震检测与分析选择反应谱法进行计算,还要结合时间过程。如果能够确保相关论据充分并且安全的基础上,还可以选择等效静力计算法。在具体计算中,将时间过程计算还可以转变为动力时程计算,由此确保抗震分析准确。美国对核电厂结构抗震规范,以《核电厂结构和安全相关构件的抗震分析》,ASCE4-98,其针对核电厂结构抗震分析,主要从动力时程分析方法方面出发,同时结合反应谱法与等效静力法以及复频响应分析法等。针对核电厂结构中的抗震设计,应用反应谱法对力、力矩计算[1]。在抗震厂房的响应方面则应用动力时程分析法,联合复频响应相关方法,其中包含峰值加速度分析,楼层反应谱设计。根据上述内容可以发现,两个规范均需要反应谱法等,但是不同规范在实际应用中存在明显不足。GB50267-97中虽然应用反应谱法,主要配合动力时程分析法,而ASCE4-98针对核电厂中抗震设计,重点推荐复频响应分析法,结合动力时程法。国内对复频响应分析法的应用还存在一些矛盾,一方面认为可以直接应用,一方面则认识需搭配其他分析法予以应用。复频响应分析法应用中,出现的差异如何处理,是否会影响到核电厂整体结构的抗震计算等。这些方面需进一步探讨,针对核电厂结构抗震分析的差异与影响[2]。
        2核电厂结构抗震分析方法
        2.1动力时程分析
        核电厂结构抗震分析中,动力时程分析法的应用,主要结合核电厂结构本身,进行运动微分方程计算,得到计算积分进行动力分析。这种分析法可以在任何情况下,都可以进行荷载结构响应,并不会受到时间的影响。是相对比较常用的核电厂结构抗震分析方法。动力时程分析法主要包括两方面,核电厂结构体系的线性分析以及结构体系的非线性分析。正常情况下,以现线性分析为主[3]。结合具体弹性条件,由此根据多自由度结构体系为载体进行核电厂结构抗震反应分析,具体方程如下:
        根据核电厂结构模型以及弹性范围分析,利用直接积分法对其进行计算,同时动力时程分析法还包括模态叠加分析法,通过对两种方法的分析以及核电厂结构抗震分析,发现核电厂结构抗震分析主要选择直接积分法。结合核电厂结构模态,利用叠加法进行研究,转化模态叠加法运行期间的自由空间度,从而掌握相关参数,这样一来相互耦合的动力系统计算转变为解耦单自由度计算模式,从而得到杜哈美精确积分。模态叠加法分析中,作为主要分析对象,阻尼比分析准确性至关重要。根据抗震数据的分析与研究,掌握核电厂结构的基本特征,模态阻尼比分析需要利用动力分析实现。核电厂结构抗震分析,要求阻尼比以结构形式类型为主。直接积分法分析中,以瑞利阻尼为主要结构阻尼,其中外荷载在计算较为简单,主要根据振动周期进行积分计算[4]。这种计算方法的应用,必须在线弹性动力分析基础上实现,符合核电厂结构抗震分析要求。
        2.2复频响应分析
        这种方法主要就是以傅里变换为基础,也就是针对信号频率分量进行科学的刻画。科研人员于1965年提出了Fourier Transform,离散傅里叶变换快速分析法在实际应用中体现出实、虚、奇、偶等特点,因此其也是离散傅里叶变换分析的优化与完善。从某种角度出发,这种算法对于傅里叶变换分析对于傅氏变换知识而言没有创新。但是傅里叶变换从计算机或者数字系统方面出发,在很多方面取得明显突破。以计算机计算为载体,掌握核电厂结构瞬态动力学响应情况,由此完成响应的叠加处理。材料阻尼比为复频响应分析法中的阻尼比主要类型。通过对核电厂结构的掌握,划分材料阻尼比,可以实现地基土与厂房结构等系统的反应统计,由此为耦合分析创造有利条件。
        复频分析中,时程响应公式如下:
        结合对复频响应的分析发现,最高频率与时间间隔之间存在密切联系。核电厂结构抗震分析期间,相较于动力时程分析法来讲,复频响应分析法能够结合同一种抗震结构,利用一次传递函数输入变化数值,得到不同的抗震响应,不需要再次进行传递函数分析。
        3 核电厂结构抗震参数的对比分析
        根据某核电厂结构创建抗震分析模型,结合计算结果了解复频响应情况,以此对复频响应分析法进行应用验证。此模型包括四个厂房与核岛结构,放废厂房、汽轮机厂房、柴油机厂房以及辅助厂房。通过有限元模型计算,得到集中质量模型前20阶模态分析数据,通过对分析数据对比研究,发现通过复频响应分析法统计抗震模型结构分析得到数据,积极与规定文件数据加以对比,发现数据基本一致,进而证明复频响应法在核电厂结构抗震分析中具有可行性。
        结束语
        综上所述,核电厂结构抗震分析差异以及影响,是制定科学的抗震分析方案的前提。根据对抗震分析计算的研究,了解不同规范下存在的差异,以及这些差异对抗震分析的影响。以复频响应分析法,结合核电厂本身结构属于线性体系,从这些方面出发,根据响应叠加的方式,计算抗震相关数据,通过等价对时域法以及频域法进行交换,确保抗震分析准确到位。
        参考文献:
        [1]杨喻声,禹海涛,袁勇.地下结构抗震分析中若干土层模拟方法对比研究[J].防灾减灾工程学报,2019(2).
        [2]尹训强,罗勇,王桂萱.考虑地基不均匀性核电厂房结构拟三维抗震安全分析[J].水利与建筑工程学报,2019(04):147-152.
        [3]侯春林.核电厂结构抗震分析中不同规范要求引起的差异及影响研究[J].国际地震动态,2013(4):44-46.
        [4]李昀.核电站半地下式结构的抗震特性分析[J].地下空间与工程学报,2019,15(z1).
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