侯春林

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

核電廠結構抗震分析中不同規(guī)范要求引起的差異及影響研究

侯春林

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

中國已運行和在建的核電廠涉及的技術種類較多：有些采用國內(nèi)技術，有些引進國外技術，且引進的國家及技術均有所不同，這就造成現(xiàn)有中國核電廠設計依據(jù)的法規(guī)和標準有所不同。對于核電廠的抗震分析，核電廠設計依據(jù)不同必然對一定階段下核電廠抗震設計的深度和實際核電廠抗震設防水準造成一定的影響。本文便基于實際核電廠工程抗震設計過程中因引用不同的規(guī)范造成核電廠許可過程和設計過程方面差異的一系列問題進行了比較、分析和研究，并給出了一些可供實際工程應用的研究結果；同時為更精確地開展計算分析，發(fā)展和提出了一種擬合多阻尼反應譜的人工地震動時程優(yōu)化算法。該研究工作為我國核電廠抗震設計、安全評估以及相關法規(guī)標準的完善和修訂提供有益的參考。

本文的主要工作如下：

（1）以AP1000核電機組在中美兩國申請許可證過程為例，比較分析了中國和美國核電廠許可證管理程序的差異，展示了對于同一核電機組依據(jù)不同的規(guī)范審評也可能對許可證管理過程造成一定的差異。

（2）利用ASCE4-98和RCC-G兩種不同的規(guī)范方法進行了CPR1000安全殼結構包括等效彈簧和阻尼系數(shù)的阻抗函數(shù)計算分析，研究了不同阻抗函數(shù)計算方法在核電廠結構抗震方面應用引起的差異性。在考慮地基土剪切波速、泊松比及地基土密度三種影響因素的情況下，分別探討了不同的地基參數(shù)對兩種規(guī)范方法計算結果的影響，量化了兩種規(guī)范分析方法對阻抗函數(shù)計算結果的差異，驗證了地基土剪切波速是影響阻抗函數(shù)的關鍵因素。并基于上述計算結果，分析CPR1000安全殼結構的地震反應，量化了地基阻抗函數(shù)差異對核電廠結構響應產(chǎn)生的影響，研究了地基土剪切波速、泊松比及地基土密度3種影響因素變化的情況下核電廠結構的反應規(guī)律。計算結果說明：ASCE4-98計算地基阻抗函數(shù)的方法較于RCC-G方法保守；地基土密度對核電廠結構響應的影響較??；地基土泊松比對核電廠結構響應的影響可以忽略；隨著地基土剪切波速的增大，核電廠結構響應變化幅度降低，當剪切波速從1900m／s增加至2 200m／s時，安全殼結構最高點水平向加速度變化幅度約2%，豎向峰值加速度隨剪切波速的變化已經(jīng)出現(xiàn)拐點，考慮到整個計算過程的不確定性，建議當?shù)鼗良羟胁ㄋ佟? 900m／s時，CPR1000安全殼結構可不考慮地基與結構之間的相互作用。

（3）基于AP1000核島結構設計地基的場地參數(shù)模型，分析選取不同地震輸入界面時同一特定場地的地表地震動峰值加速度和反應譜的差異。計算結果表明：地震輸入界面的不同，AP1000核島結構設計地基的同一場地土層模型地表地震動峰值加速度差異高達2.25倍，地表地震動加速度反應譜頻譜特性發(fā)生較大的變化，建議在AP1000核電廠地震安全性評價中應基于剪切波速為2 438m／s的基巖層作為土層地震反應分析的地震輸入界面；而當一定深度內(nèi)地基剪切波速達不到2 438m／s時，則應基于地基與結構敏感性分析選擇地震輸入界面。同時，比較了各導則中定義的不同反應譜的對應關系，說明在特定廠址評價中應基于同一標高比較廠址特定反應譜和AP1000標準設計地震反應譜的大小。并基于考慮地基與結構之間相互作用的不同方法，給出設計基巖處和基礎底部的AP1000設計譜。計算結果說明：基礎底部AP1000設計譜不能包絡核島結構抗震設計常用的0.20g標定的RG1.60譜。

（4）基于不同核電廠法規(guī)涉及人工合成地震動方面的差異，對比現(xiàn)行中國可引用的法規(guī)之間在輸入地震動的時程方面的異同，并結合工程實踐給出了相關的評述和應用建議。同時，基于核電實際工程需要，提出了一種擬合多阻尼反應譜的人工地震動時程優(yōu)化算法，實現(xiàn)了提高設計地震動時程對更多多阻尼目標反應譜的更高的擬合精度。該方法基于真實地震記錄或傳統(tǒng)方法獲取初始加速度時程，然后從全局角度來考慮添加的信號，使得添加的信號對反應的影響總是在可控范圍之內(nèi)，這種可控性通過對優(yōu)化的目標函數(shù)施加約束來實現(xiàn)。算例分析結果表明，該方法可實現(xiàn)滿足5個不同阻尼比下的目標譜的擬合精度的設計地震動時程合成，同時較容易地將設計地震動時程的反應譜與多阻尼目標譜的最大誤差降低至5%左右。

（5）基于不同規(guī)范規(guī)定的核電廠抗震分析方法不同，且中國核電廠抗震規(guī)范中無復頻響應分析方法，采用時程動力法和復頻響應分析法計算同一核電廠結構的響應。計算結果表明：對于核電廠結構，因在抗震設計時其結構體系等效為線性體系，滿足疊加原理要求，故計算核電廠結構的響應的時域法或頻域法是等價的，計算結果一致；由于頻率在振動過程中物理概念的重要性，在頻域中處理振動問題有許多優(yōu)點，且頻域解在計算上已無大困難。基于此，建議中國核電廠抗震設計規(guī)范中應增加復頻響應分析法。

（6）基于不同規(guī)范涉及豎向地震動方面的規(guī)定不同，對比分析豎向地震動因選取的方式不同得到的豎向反應譜的差異，并基于AP1000核電廠結構分析豎向反應譜的差異可能對同一核電廠抗震響應造成的影響。計算結果說明：不同方法選取的豎向反應譜對核電廠結構水平向響應的影響可以忽略；峰值相同，反應譜譜形不同的豎向設計譜對核電廠結構的豎向峰值加速度的影響可以忽略，但需考慮對豎向相對最大位移和豎向樓層反應譜的影響；在核電廠抗震設計過程中，統(tǒng)一豎向峰值加速度取水平向峰值加速度的2／3偏于不保守。

最后，在論文工作總結的基礎上，提出了有待進一步研究解決的問題。

核電廠；核電廠抗震設計規(guī)范；AP1000；多阻尼擬合；優(yōu)化算法；設計地震動；豎向反應譜；核電廠抗震分析方法

（作者電子信箱，侯春林：hou.chunlin＠gmail.com）

TU352.1；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2013.04.012