本文選題：核電站　切入點：動態(tài)響應　出處：《大連理工大學》2014年博士論文

【摘要】：核電廠混凝土結(jié)構(gòu)是保障核電工程安全的重要基礎設施,其運行服役期間的安全性是核電建設和發(fā)展的關鍵問題。首先,由于地震動的不確定性,核電站在服役期內(nèi)可能遭受不同強度的超設計基準地震動,導致核電站結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,甚至造成核泄漏。其次,核電站作為重要的建筑設施,亦可能成為恐怖襲擊重點攻擊的目標,核電站結(jié)構(gòu)一旦遭受爆炸襲擊,可能會造成嚴重的核災難,后果不堪設想。因此,研究突發(fā)超設計基準地震動和爆炸荷載作用下核電站的動態(tài)響應及損傷機理,探究核電站結(jié)構(gòu)減震抗爆措施的可行性是核電工程結(jié)構(gòu)防災減災研究的重要內(nèi)容。 本文致力于研究核電廠安全性影響因素及強震和爆炸作用下的防災減災措施,從核電廠核島廠房在不同強震以及爆炸沖擊等極端荷載作用下動力響應、災變機理、重力水箱流固耦合作用、水箱水的晃蕩、重力水箱減震、重力水箱優(yōu)化設計、鋼筋混凝土安全殼內(nèi)部爆炸沖擊波的傳播特性及安全殼的抗爆措施等方面,系統(tǒng)深入地研究了核電站亟需解決的關鍵問題和技術(shù)難題,取得了一些具有科學意義和工程應用價值的研究成果。本文的主要工作和創(chuàng)新如下： (1)研究了基礎隔震措施對核島廠房、內(nèi)部設備和管道的影響規(guī)律以及隔震結(jié)構(gòu)管道的連接方式。根據(jù)基礎隔震原理,本文對隔震和非隔震核島廠房在SSE強震作用下的加速度響應、位移響應、層間位移和減震率等性能指標進行分析,探究了基礎隔震措施對核島廠房內(nèi)部重要設備和管道樓層處樓層反應譜的影響規(guī)律,建立了基礎隔震措施與核島廠房內(nèi)部設備和管道的豎向頻率之間的內(nèi)在聯(lián)系。研究表明,基礎隔震措施能夠很好地解決地震動下核島廠房內(nèi)部重要設備和管道的豎向隔震問題,減少核島廠房內(nèi)部設備和管道阻尼器的維護費用,降低核電廠內(nèi)部設備和管道減震措施的安裝難度,實現(xiàn)隔震和非隔震結(jié)構(gòu)管道的安全連接。 (2)研究了核島廠房在近斷層地震動、遠場地震動、脈沖波和高頻波下的適應性。通過對比分析隔震和非隔震核島廠房在近斷層地震動、脈沖波和高頻波作用下的動態(tài)響應和樓層譜,探討了近斷層地震動不同頻率分量對不同結(jié)構(gòu)抗震性能的影響規(guī)律和作用機制,揭示了基礎隔震和非隔震核島廠房樓層譜的變化規(guī)律,驗證了相同幅值的近斷層地震動比遠場地震動具有更大的破壞能力。結(jié)果表明,隔震核島廠房在近斷層地震中具有良好的適應性。 (3)提出了核電站屏蔽廠房重力水箱水位和通風口的優(yōu)化方案�；谥亓λ淞鞴恬詈献饔�,以屏蔽廠房原始設計為基準,分析了不同設計工況對屏蔽廠房自振特性的影響規(guī)律,探究了地震動作用下通風口形狀、高度對屏蔽廠房動力響應和應力分布的作用機制,得到了屏蔽廠房重力水箱水位及通風口高度、形狀的最優(yōu)設計方案。 (4)提出了AP1000核電站屏蔽廠房重力水箱內(nèi)部減震性能優(yōu)化設計方案。基于ALE流固耦合算法,建立了AP1000核電廠屏蔽廠房重力水箱全耦合精細模型,分析了El-Centro和滿足RG1.60譜的核電地震波不同強震作用下水箱的動力響應,參數(shù)化分析了屏蔽廠房不同位置的加速度和位移與水位高度、空氣高度、水位高度比、水的質(zhì)量比以及水箱振蕩頻率之間的相互作用規(guī)律和機制,探究出具有減震效果的水箱最優(yōu)水位。在保證水箱水位不變的條件下,通過改變重力水箱的水動力特性,提出了重力水箱內(nèi)部擋板結(jié)構(gòu)的六種設計,通過對比得到擋板減震的最優(yōu)設計方案。 (5)驗證了ALE耦合模型在計算爆炸沖擊波問題的正確性和可靠性。鑒于爆炸作用下混凝土的高應變率效應、沖擊波與結(jié)構(gòu)之間相互作用的復雜性,建立了CPR1000型核電站鋼筋混凝土安全殼內(nèi)爆炸全耦合模型,研究了不同藥量和比例距離下鋼筋混凝土安全殼內(nèi)爆后的流場、動力響應以及峰值壓力之間的變化規(guī)律,將分析結(jié)果與已有試驗以及經(jīng)驗公式進行了對比,驗證了爆炸耦合模型的正確性和可靠性。 (6)設計了安全殼抗爆泄壓閥和氣體回收裝置�；诙辔镔|(zhì)耦合算法,分析了安全殼內(nèi)部入射波、反射波、峰值壓力之間的變化規(guī)律,得到了內(nèi)爆作用下安全殼的薄弱部位,設計了安全殼抗爆泄壓和氣體回收裝置。研究表明,核電站安全殼頂部設置泄壓閥和氣體回收等抗爆泄壓措施是可行和可靠的。
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【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU311.3;TU352.1
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本文編號：1685568