非基岩场地新型压水堆核电厂抗震性能研究

Passive safety system is introduced into the new PWR nuclear power plant, and the setup of gravity cooling water tank which is the important component of passive safety system will impact on seismic response of structure. Combining seismic environment, site condition and structural characteristics of nuclear power plant, the long-period spectrum which is applicable for the new PWR nuclear power plant will be identified. Based on basic principles of dynamics, long-period and long-duration ground motions will be synthesized, and the influences of ground motion characteristics on seismic responses will be studied. Shaking table tests and numerical simulations will be carried out, the seismic responses of complex system considering FSI and SSI effect will be studied, the seismic safety of new PWR nuclear power plant in non-rock site will be evaluated, and then the simplified calculation method for seismic response of “fluid-structure-soil” multi-media coupled system will be established. Isolation analyses of nuclear power plant will be carried out, the influences of base isolation on dynamic responses and floor response spectra considering FSI and SSI effect will be studied, and the adaptability of isolation measure will be investigated. The uniform layout of traditional isolation bearings will be improved, and the optimization design of base isolation will be proposed. The seismic response laws and influence factors of new PWR nuclear power plant under multi-media coupled condition will be revealed, and the seismic performance will be evaluated. This project has important scientific significance and application value.

新型压水堆核电厂引入了非能动安全系统，作为非能动安全系统的重要组成部分，重力冷却水箱的设置对结构地震反应造成复杂的影响。结合我国的地震环境、场地条件和核岛厂房结构特性，确定适用于新型压水堆核电厂的长周期反应谱；基于动力学基本原理，合成长周期、长持时地震动，研究地震动特性对核岛结构地震反应的影响。开展振动台试验和数值模拟，研究考虑FSI、SSI效应的复杂结构体系的地震反应，评估非基岩场地新型压水堆核电厂的地震安全性，建立“流体-结构-土”多介质耦合体系地震反应简化计算方法。开展核岛结构隔震方法研究，考虑FSI、SSI效应研究基础隔震对新型压水堆核电厂结构动力响应和楼层反应谱的影响，探讨核电厂房隔震措施的适应性；改进传统的隔震支座均匀布置方案，提出基础隔震优化设计方案。揭示多介质耦合条件下新型压水堆核电厂的地震反应规律及其影响因素，评估核电厂抗震性能，本项目具有重要的科学意义和应用价值。

新型压水堆核电厂引入了非能动安全系统，作为非能动安全系统的重要组成部分，重力冷却水箱的设置对结构地震反应造成复杂的影响。此外，基岩场地资源的欠缺导致部分核电厂建造在非基岩场地，土结相互作用不容忽视。为解决非基岩场地新型压水堆核电厂的抗震问题，开展的主要研究内容如下：（1）基于AP1000谱，拟合了具有近似的加速度反应谱、不同强震动持时的人工地震动。（2）基于刚度等效原则设计了屏蔽厂房简化模型，开展了考虑土结相互作用和不考虑土结相互作用的模型结构振动台试验，获得了结构的地震反应规律，通过试验现象和加速度、应变等试验数据对比，研究土结相互作用和流固耦合作用对结构地震反应的影响。研究表明：核岛结构顶部的水箱可以看成调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器耦合体系（TMD-TLD），起到减震效果。考虑土结相互作用后，结构的地震反应更大，水箱的减震效果更加明显。（3）基于有限元软件建立了“流体-结构-土”耦合体系地震反应简化计算模型，对振动台试验进行数值模拟，通过动力特性、加速度、应变等数据对比，验证了简化分析方法的合理性。（4）开展核岛结构基础隔震分析，研究表明：基础隔震系统可以有效降低结构的水平加速度反应，顶部的加速度反应降低了约为70%-90%，竖向隔震效果不明显。隔震结构的水平位移远大于非隔震结构，顶部的位移增加了3-5倍，在设计时需采用必要的限位措施。考虑FSI效应后，结构的水平位移增大，在隔震分析与设计时应考虑FSI效应。本课题的研究可为我国核电结构的动力分析、抗震设计和地震安全评价提供技术借鉴，同时也为进一步完善相关法规和标准提供技术支持。