强震及爆炸荷载作用下核岛厂房动力响应及减震抗爆措施研究

发布时间：2018-03-30 10:41

  本文选题：核电站　切入点：动态响应　出处：《大连理工大学》2014年博士论文

【摘要】：核电厂混凝土结构是保障核电工程安全的重要基础设施,其运行服役期间的安全性是核电建设和发展的关键问题。首先,由于地震动的不确定性,核电站在服役期内可能遭受不同强度的超设计基准地震动,导致核电站结构发生破坏,甚至造成核泄漏。其次,核电站作为重要的建筑设施,亦可能成为恐怖袭击重点攻击的目标,核电站结构一旦遭受爆炸袭击,可能会造成严重的核灾难,后果不堪设想。因此,研究突发超设计基准地震动和爆炸荷载作用下核电站的动态响应及损伤机理,探究核电站结构减震抗爆措施的可行性是核电工程结构防灾减灾研究的重要内容。 本文致力于研究核电厂安全性影响因素及强震和爆炸作用下的防灾减灾措施,从核电厂核岛厂房在不同强震以及爆炸冲击等极端荷载作用下动力响应、灾变机理、重力水箱流固耦合作用、水箱水的晃荡、重力水箱减震、重力水箱优化设计、钢筋混凝土安全壳内部爆炸冲击波的传播特性及安全壳的抗爆措施等方面,系统深入地研究了核电站亟需解决的关键问题和技术难题,取得了一些具有科学意义和工程应用价值的研究成果。本文的主要工作和创新如下： (1)研究了基础隔震措施对核岛厂房、内部设备和管道的影响规律以及隔震结构管道的连接方式。根据基础隔震原理,本文对隔震和非隔震核岛厂房在SSE强震作用下的加速度响应、位移响应、层间位移和减震率等性能指标进行分析,探究了基础隔震措施对核岛厂房内部重要设备和管道楼层处楼层反应谱的影响规律,建立了基础隔震措施与核岛厂房内部设备和管道的竖向频率之间的内在联系。研究表明,基础隔震措施能够很好地解决地震动下核岛厂房内部重要设备和管道的竖向隔震问题,减少核岛厂房内部设备和管道阻尼器的维护费用,降低核电厂内部设备和管道减震措施的安装难度,实现隔震和非隔震结构管道的安全连接。 (2)研究了核岛厂房在近断层地震动、远场地震动、脉冲波和高频波下的适应性。通过对比分析隔震和非隔震核岛厂房在近断层地震动、脉冲波和高频波作用下的动态响应和楼层谱,探讨了近断层地震动不同频率分量对不同结构抗震性能的影响规律和作用机制,揭示了基础隔震和非隔震核岛厂房楼层谱的变化规律,验证了相同幅值的近断层地震动比远场地震动具有更大的破坏能力。结果表明,隔震核岛厂房在近断层地震中具有良好的适应性。 (3)提出了核电站屏蔽厂房重力水箱水位和通风口的优化方案。基于重力水箱流固耦合作用,以屏蔽厂房原始设计为基准,分析了不同设计工况对屏蔽厂房自振特性的影响规律,探究了地震动作用下通风口形状、高度对屏蔽厂房动力响应和应力分布的作用机制,得到了屏蔽厂房重力水箱水位及通风口高度、形状的最优设计方案。 (4)提出了AP1000核电站屏蔽厂房重力水箱内部减震性能优化设计方案。基于ALE流固耦合算法,建立了AP1000核电厂屏蔽厂房重力水箱全耦合精细模型,分析了El-Centro和满足RG1.60谱的核电地震波不同强震作用下水箱的动力响应,参数化分析了屏蔽厂房不同位置的加速度和位移与水位高度、空气高度、水位高度比、水的质量比以及水箱振荡频率之间的相互作用规律和机制,探究出具有减震效果的水箱最优水位。在保证水箱水位不变的条件下,通过改变重力水箱的水动力特性,提出了重力水箱内部挡板结构的六种设计,通过对比得到挡板减震的最优设计方案。 (5)验证了ALE耦合模型在计算爆炸冲击波问题的正确性和可靠性。鉴于爆炸作用下混凝土的高应变率效应、冲击波与结构之间相互作用的复杂性,建立了CPR1000型核电站钢筋混凝土安全壳内爆炸全耦合模型,研究了不同药量和比例距离下钢筋混凝土安全壳内爆后的流场、动力响应以及峰值压力之间的变化规律,将分析结果与已有试验以及经验公式进行了对比,验证了爆炸耦合模型的正确性和可靠性。 (6)设计了安全壳抗爆泄压阀和气体回收装置。基于多物质耦合算法,分析了安全壳内部入射波、反射波、峰值压力之间的变化规律,得到了内爆作用下安全壳的薄弱部位,设计了安全壳抗爆泄压和气体回收装置。研究表明,核电站安全壳顶部设置泄压阀和气体回收等抗爆泄压措施是可行和可靠的。
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【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU311.3;TU352.1
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本文编号：1685568