Содержание к диссертации
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ АЭС ПРИ
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ И ОСОБЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ 9
Сейсмические расчеты сооружений и оборудования по спектрам отклика 9
Гипотеза о статистической независимости поэтажных акселерограмм при расчетах оборудования на сейсмостойкость 17
Зависимость интенсивности колебаний сооружений и нагрузок на оборудование АЭС от жесткости грунтового основания при расчетах на землетрясение, падение самолета и действие воздушной ударной волны 18
Использование высоковязких демпферов для снижения интенсивности колебаний сооружений и оборудования АЭС при землетрясении и других особых динамических воздействиях 20
Современные методы активной сейсмозащиты 20
Технология высоковязких демпферов, их применение для оборудования и трубопроводов 25
1.5 Постановка задач исследования 27
Глава 2 АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ МЕТОДОВ СУММИРОВАНИЯ МОДАЛЬНЫХ
ОТКЛИКОВ ПРИ РАСЧЕТЕ КОНСТРУКЦИЙ ПО ЛСТ 28
Предварительные замечания 28
Зависимость модальной корреляции от частоты и демпфирования 29
Зависимость модальной корреляции от длительности землетрясения 33
Зависимость модальной корреляции от формы спектра землетрясения 35
Недостатки и достоинства рассматриваемых методов суммирования модальных откликов 39
Методы «10% близости» 39
Методы «Двойных сумм» и CQC 41
Метод Гупты 44
Упрощения метода Гупты 46
Эффекты, учитываемые методами 46
2.6. Примеры расчетов 47
Опыт предыдущих исследований 47
Пример расчета трубопровода АЭС 48
2.6.3 Пример расчета подогревателя низкого давления АЭС 51
Пример расчета цилиндра низкого давления турбоагрегата АЭС 53
Пример расчета здания реакторного отделения № 1 АЭС 55
Пример расчета здания реакторного отделения № 2 АЭС 58
2.7 Выводы по главе 2 62
Глава 3 ПРОВЕРКА ГИПОТЕЗЫ О СТАТИСТИЧЕСКОЙ НЕЗАВИСИМОСТИ
КОМПОНЕНТ АКСЕЛЕРОГРАММ ПРИ РАСЧЕТАХ СООРУЖЕНИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ
НА СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ 64
3.1 Коэффициенты корреляции компонент акселерограммы и их зависимость от
выбора системы координат 64
3.2 Причины возникновения корреляции компонент поэтажных акселерограмм 71
3.3 Определение коэффициентов корреляции компонент ПА на примере зданий
реактора АЭС 74
3.4. Зависимость коэффициентов корреляции компонент ПА от конкретной
реализации сейсмического воздействия 81
3.5 Влияние грунтовых условий на эффект возникновения статистической
зависимости компонент поэтажных акселерограмм 86
3.6 Влияние статистической зависимости компонент ПА на результаты сейсмического
расчета оборудования, установленного в зданиях и сооружениях 96
3.7 Выводы 103
Глава 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИНТЕНСИВНОСТИ КОЛЕБАНИЙ
СООРУЖЕНИЙ И ИНЕРЦИОННЫХ НАГРУЗОК НА ОБОРУДОВАНИЕ ОТ ЖЕСТКОСТИ
ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ ПРИ ОСОБЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ 105
Предварительные замечания 105
Расчетная модель сооружения и свойства грунтового основания 105
Зависимость ПСО при сейсмическом воздействии от жесткости грунтового основания 106
Зависимость ПСО при воздействии воздушной ударной волны от жесткости грунтового основания 108
Зависимость ПСО при ударе самолета от жесткости грунтового основания 111
Выводы 112
Глава 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОВЯЗКИХ ДЕМПФЕРОВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ
ИНТЕНСИВНОСТИ КОЛЕБАНИЙ СООРУЖЕНИЙ И НАГРУЗОК НА ОБОРУДОВАНИЕ
АЭС ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ВНЕШНИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ИЗ
5.1 Конструктивные особенности здания реакторного отделения АЭС 113
5.2 Изучение эффективности демпфера «ВД» на примере системы с
двумя степенями свободы 119
5.3 Изучение эффективности демпфера ВД с помощью стержневой и
пространственной моделей здания РО 123
5.4 Изучение поведения здания РО с вязко-упругой связью при землетрясении,
воздействии воздушной ударной волны и падении самолета 125
Сейсмическое воздействие 125
Воздействие при падении самолета 130
Воздействие воздушной ударной волны 133
Обобщенные спектры ответа при землетрясении, падении самолета и ВУВ .136
Нагрузки на демпферы при экстремальных внешних воздействиях 138
Альтернативный вариант установки связи с демпферами 139
Выводы 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 142
ЛИТЕРАТУРА 145
ПРИЛОЖЕНИЕ 152
Результаты расчета трубопроводной системы (к п. 2.6.1) 152
Результаты расчета подогревателя низкого давления (к п. 2.6.2) 167
Результаты расчета цилиндра низкого давления турбоагрегата(к п. 2.6.3) 170
Результаты расчета здания реакторного отделения № 1 (к п. 2.6.4) 174
Результаты расчета здания реакторного отделения № 2 (к п. 2.6.5) 175
5 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АЭС — атомная электростанция;
ВУ В - взрывная ударная волна;
ГЦН — главный циркуляционный насос;
ДХО - динамические характеристики основания;
ККСК - квадратный корень суммы квадратов;
КЭ - конечный элемент;
ЛСТ - линейно-спектральная теория;
НДС — напряженно-деформированное состояние;
ПА - поэтажная акселерограмма;
ПНД - подогреватель низкого давления;
ПСО — поэтажный спектр ответа;
РО - реакторное отделение;
САОЗ - система аварийного охлаждения зоны;
СК — система координат;
СО - спектр ответа (отклика);
СПОТ - система пассивного отвода тепла;
УС - удар самолета;
ЦНД — цилиндр низкого давления;
ЭВДВ - экстремальное внешнее динамическое воздействие;
CQC — complete quadratic combination.
Введение к работе
Важнейшей задачей при проектировании и эксплуатации атомных электростанций (АЭС) является обеспечение их безопасности, надежности и экологической приемлемости при всех режимах эксплуатации [55], в том числе при экстремальных внешних динамических воздействиях (ЭВДВ) природного и техногенного характера [64]. Для этого необходимо обеспечить как прочность сооружений, так и работоспособность находящегося в них оборудования, отвечающего за радиационную безопасность [23,24]. Одним из наиболее опасных и интенсивных природных воздействий является землетрясение[41, 49]. Наиболее опасными техногенными воздействиями считаются удар падающего самолета (УС) и воздушная ударная волна (ВУВ) [41].
Актуальность проведенных исследований обусловлена следующим.
В последнее время для расчетов при ЭВДВ как сооружений, так и находящегося в них оборудования АЭС, используются детальные математические модели, отражающие не только поведение конструкций в целом, но и локальные эффекты. С помощью таких моделей обнаруживаются неизвестные ранее явления и закономерности, влияющие на безопасность АЭС и требующие изучения.
Одним из примеров этого является возникновение статистической зависимости компонент сейсмических поэтажных акселерограмм (ПА) сооружений. Ее учет влияет на задание сейсмического воздействия при расчете оборудования и трубопроводов АЭС и на их напряженно-деформированное состояние.
Другой пример связан с расчетами на ЭВДВ сооружений и находящегося в них оборудования АЭС по линейно-спектральной теории (ЛСТ). Она разработана более полувека назад для простейших динамических моделей. Поэтому ее применимость и ограничения при современном уровне детального проектирования нуждаются в дополнительной проверке и обосновании, в особенности для реализации крупных проектов строительства АЭС в последние годы.
В настоящее время актуальна задача продления ресурса энергоблоков действующих АЭС. Как правило, возникает проблема обоснования их безопасности при более интенсивных ЭВДВ, чем принималось при проектировании. В связи с этим нужно, во-первых, определить запасы прочности, заложенные в конструкциях благодаря применявшимся ранее методам проектирования и расчета, например ЛСТ. Во-вторых, необходимо обосновать безопасность АЭС при более высоких уровнях ЭВДВ. В-третьих, следует разрабатывать новые эффективные методы обеспечения безопасности сооружений и находящегося в них оборудо-
7
вания при ЭВДВ. В частности, использование высоковязких демпферов
может значительно сократить затраты на перепроектирование АЭС на более высокий уровень ЭВДВ.
Диссертация посвящена решению названных выше проблем, что и определяет ее актуальность.
Научная новизна работы состоит в следующем.
Проведен качественный и количественный сравнительный анализ всех методов суммирования модальных откликов линейно-спектральной теории, предусмотренных отечественными, международными и зарубежными нормами проектирования АЭС, на базе рассмотрения детальных пространственных моделей двух зданий реакторных отделений и типового оборудования АЭС (трубопровод, теплообменник и цилиндр низкого давления турбоагрегата). Дана оценка точности всех методов и основополагающего для них уравнения Розенблюэта, сформулированы рекомендации об их применимости.
Обоснована основная гипотеза, использующаяся при проектировании АЭС: о независимости компонент акселерограмм на грунте при землетрясении. Аналитически скорректирован нормативный критерий выполнения этой гипотезы с учетом зависимости от используемой системы координат, а также определена оценка вероятности выполнения гипотезы путем обработки 1054 записей землетрясений, зарегистрированных за последние 30 лет на территории Европы.
На примере двух зданий реакторных отделений и машинного зала АЭС установлены возможность возникновения статистической зависимости компонент поэтажных акселерограмм, основные причины этого явления и степень влияния на него реализации сейсмического процесса и грунтовых условий. Продемонстрировано влияние такой зависимости на напряженно-деформированное состояние типового оборудования АЭС, и даны рекомендации по ее учету.
На примере здания реакторного отделения исследована зависимость интенсивности колебаний сооружения от жесткости грунта при основных видах экстремальных внешних воздействий на основе поэтажных акселерограмм и спектров ответа. Установлена необходимость учета этого фактора не только при сейсмическом воздействии, но и при ударе самолета и взрывной ударной волне.
На примере типового здания реакторного отделения АЭС разработан и обоснован эффективный метод снижения вынужденных колебаний сооружения при экстремальных внешних воздействиях с помощью высоковязких демпферов, связывающих различные структурные элементы сооружения.
8
Теоретическая и практическая значимость (внедрение результатов)
Результаты исследований методов суммирования модальных откликов в линейно-спектральной теории сейсмостойкости и влияния грунтовых условий на поэтажные спектры при землетрясении, ударе самолета и взрывной ударной волне использованы ФГУП «Атом-энергопроект» (Москва) и ООО «ЦКТИ-Вибросейсм» (Санкт-Петербург) при проектировании АЭС.
Результаты исследований по использованию высоковязких демпферов внедрены ООО «ЦКТИ-Вибросейсм» при разработке методик их применения.
Апробация работы и публикации
По результатам исследований сделаны девять докладов на конференциях:
Семинар «Сейсмостойкость и сейсмозащита зданий и сооружений», заседание секции «Строительная механика» Дома ученых им. М. Горького РАН, ноябрь 2004, С-Петербург;
Международный симпозиум «Сейсмическая переоценка существующих АЭС, МАГАТЭ, Вена, август 2003 (два доклада);
17-ая Международная Конференция «Структурная механика в реакторостроении» (SMIRT), Прага, август 2003;
Научно-технический семинар ЦНИИСК им. Кучеренко «Совершенствование и развитие
нормативной базы по сейсмостойкому строительству», Москва, апрель 2003;
V-я Российская национальная конференция по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием, Сочи, сентябрь 2003 (три доклада);
Совещание-семинар МПС и ЖКХ Республики Алтай в соответствии с ФЦП «Сейсмобе-зопасность территории России», Горно-Алтайск, январь 2004.
Основные результаты исследований диссертации были опубликованы в 9-ти печатных работах, в том числе в трудах 2-х международных конференций.
