内陆山洞核电厂的多维联动减震机理及地震响应控制

Recently, construction and programming of inland nuclear power have become an important part of national strategy in nuclear energy development. However, there have long been controversies over the sites for new nuclear power plants. Besides, the acceleration magnified effect in vertical direction and the structure tension phenomenon on nuclear isolation structure under rare earthquake have been an urgent problems for nuclear isolation technology. This project aims at promoting a novel spatial linkage isolation structure system on inland cave nuclear power plant and puts emphasis on movement condition, nonlinear dynamic model, coupled seismic response of spatial nuclear isolation structure system. First, a concept model and composition form of spatial linkage nuclear isolation structure system is established and the energy dissipation mechanism is also researched. Meanwhile, the nonlinear calculating model on spatial nuclear isolation structure in horizontal, vertical and rotational directions are put forward as well as the mathematical and mechanical analysis method considering the interact reaction and coupled effect among nuclear plant, mountain and isolation system. Finally, through expanding the site sorts of inland cave nuclear power plant, this paper will present corresponding application conditions and principles, etc. Nuclear energy is one of the most important resources in human society, and China has expansive mountain natural environment. So it will be of great significant strategic value in guaranteeing the safety of nuclear power plant.

近年来内陆核电站的建设规划已成为我国核能发展的重要国家战略，然而在核电站选址方面存在重大争议，此外核电站隔震结构在遭受特大地震作用时存在竖向加速度放大和结构受拉等现象，成为核电厂隔震技术亟待解决的难题。本课题旨在提出内陆山洞核电厂空间多维联动减震结构新体系，并以空间核岛减震结构体系的运动状态、非线性动力模型、地震响应耦合效应为研究重点，具体包括：研究空间多维联动核岛减震结构的概念模型和组成形式、多维联动减震结构的耗能机理；研究空间多维联动核岛减震结构的水平、竖向以及摆动响应的非线性计算模型，核岛结构、山体以及减震系统之间相互作用及耦合效应的数学力学分析方法；研究拓展内陆山地核电厂结构的场地类型并提出相应的适用条件和原则等关键科学问题。核电能源是人类社会的重要能源之一，我国内陆具有广阔的自然山地，拥有自主知识产权的内陆山洞空间联动核岛减震结构对保障核电厂结构的安全性具有重要的战略价值。

摘要：本项目进行了内陆山洞核电厂空间减震结构体系的相关理论和试验研究，具体研究内容和工作成果包括：建立内陆山洞核电结构空间多维联动减、隔震的双质点简化模型，研究减震系统宏观受力状态，推导动力方程。空间减震结构体系考虑平动-摇摆耦合的三自由度刚体模型，研究由核岛结构和重要设备因非对称及偏心引起的核岛结构，研究减震系统及结构的变形运动状态，完成对各子部分的受力分析，建立空间数学力学模型。针对具有人造外混凝土安全壳结构特征的核电厂，应用空间多维联动减隔震技术，建立连体单质点简化分析模型。研究地震作用下内陆山洞核电结构空间联动减震体系两质点模型以及连体单质点模型空间加速度、位移响应特征，推导加速度传递函数，研究不同结构参数，不同阻尼比，以及不同场地特征周期对结构加速度响应的影响，并基于连体单质点响应方差显示表达式，研究不同参数对减震性能的影响，拟合最优参数近似解析解。研究包括近断层、长周期频谱的地震动作用下的内陆山洞空间联动减震体系的地震响应，核岛结构及其内部重要设备的楼层反应谱。在核电结构规范抗震反应谱、RG1.60设计谱及修正谱的基础上，研究内陆山洞空间联动减震体系的加速度响应包络谱。提出空间减震结构提离摇摆界限动力模型分析及结构摇摆反应谱，并再次基础上分析特大地震下内陆山洞核电结构空间联动减震体系的几种主要失效模式及其转换界限。研究了在2SL2超设计水准特大地震下内陆山洞核电结构空间联动减震体系核岛结构响应及隔震系统的宏观损伤硬化力学行为。通过地震模拟振动台试验，研究小震、中震到大震下内陆山洞核电结构空间联动减震体系核岛结构的水平向位移、加速度，以及验证内陆山洞核电结构空间联动减震体系动力模型的准确性。同时通过地震模拟振动台试验，验证空间减震结构体系主要失效模式转换界限理论正确性。