非基岩场地基础隔震核岛厂房抗震性能分析

为了研究非基岩场地条件下基础隔震核电工程结构的抗震性能,本文依据外源波动理论提出了考虑土-结构相互作用效应的基础隔震核电工程结构抗震分析方法,该方法实现了地震动的高精度输入以及整体系统的直接求解,通过与传统封闭体系振动法计算结果的对比验证了其有效性。建立了基础隔震核岛厂房-地基整体有限元模型,开展了核岛厂房地震响应分析,讨论了不同剪切波速场地条件下核岛厂房的基础隔震性能。研究结果表明:非基岩场地条件下基础隔震核岛厂房表现出良好的隔震效果;随着场地剪切波速的降低,基础隔震的隔震能力逐渐下降,与剪切波速为1067 m/s的场地相比,当场地的剪切波速为305 m/s时,核岛厂房结构顶部的楼层反应谱、加速度放大系数和层间位移角的隔震率分别减小了14.30%、13.50%和23.41%。为了保证核电工程结构的安全性,在基础隔震设计中应充分考虑非基岩场地条件下的SSI效应。

浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度研究

为研究浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度,采用反应加速度法和反应谱法计算2层3跨和2层2跨矩形地铁车站结构在均质场地和浅基岩场地条件下的地震响应,将动力时程分析法结果作为参考解,对比分析反应加速度法和反应谱法在不同场地条件下的计算精度。研究结果表明,在均质场地条件下,反应加速度法最大误差约18%,反应谱法最大误差约9%;在浅基岩场地条件下,反应加速度法最大误差约33%,反应谱法最大误差约16%;反应谱法和反应加速度法在浅基岩场地条件下的计算精度均小于均质场地条件,且反应谱法计算精度受场地条件的影响较小。

非基岩场地地震动转换的适用性分析

基于NGA衰减关系中的场地修正模型,将剪切波速Vs30低于500 m/s的非基岩场地上的强震记录转换为Vs30=500 m/s的等效基岩记录,对等效基岩记录与基岩记录进行了统计一致性的分析,认为这种转换方法在能够保证等效基岩记录和基岩记录的统计一致性的同时,对于记录数量充足的地震能够有效减小地震动分布的离散,而对于记录数量较少的地震,如果有足够数量的等效基岩记录加入,能够改善其由于基岩记录数量不足或分布不合理所导致的不合理的地震动空间分布。这种方法对于以前限于基岩地震动数量不足或分布不合理而无法进行的研究工作,提供了一种增加可用地震动记录的可能。而对于这种方法的不足和今后需要完善的几个方面问题,也进行了初步的讨论。

基岩场地强地面运动加速度反应谱统计特征

根据强地面运动加速度数据,采用经验地震动衰减关系公式,利用回归统计分析的方法,研究竖向和水平向加速度反应谱的关系。统计分析结果表明竖向地震动与水平向地震动的关系比较复杂,不同周期竖向与水平向加速度反应谱的比值受震级和震中距的影响不同。用水平向加速度反应谱按简单的系数折算成竖向加速度反应谱的做法应慎重。

P波斜入射下非基岩场地中核岛结构地震响应规律研究

随着我国核电产业飞速发展,核电站厂址的选择将不可避免地遇到非基岩场地。针对地震动斜入射下非基岩场地中核电结构抗震问题,建立了包括CAP1400核岛结构和岩土场地的土-结构系统三维有限元模型,基于黏弹性人工边界和斜入射地震动输入方法,研究了P波斜入射角度和非基岩分层场地对核岛结构地震响应的影响规律。研究表明:非基岩场地将增大核岛结构加速度响应和楼层反应谱,多数条件下也将增大楼层相对位移;P波入射角度增大,核岛结构竖向响应减小、水平响应增大,楼层反应谱的频谱特性发生改变。

基岩场地条件下长周期地震波频谱特性分析

由于长周期地震动记录的缺乏,目前国内外对长周期地震动特性的研究尚不成熟。从1985年墨西哥8.1级地震的数字强震记录库中选取了2条典型的长周期地震波和1条普通地震波,对比分析了Ⅰ类场地条件下长周期地震波的频谱特性。

热效应下P波入射基岩-饱和土-非饱和土场地地震地面运动研究

基于热效应下弹性波的传播理论,通过建立P波入射基岩-饱和土-非饱和土场地模型,研究了该场地下地震地面运动的问题.采用Helmholtz分解原理,结合边界条件,对热效应作用下场地中的波场进行分析,得到平面P波入射基岩-饱和土-非饱和土场地地震地面运动的解析解答.通过数值模拟,分析了热传导系数、饱和度、地下水水位等物理力学参数对场地地震地面运动的影响规律.研究结果表明:在考虑热效应和等温条件两种模型时,场地位移放大系数表现出显著的差异.特别地,在等温条件下位移放大系数普遍大于考虑热效应时的值;水平位移放大系数的变化趋势与热膨胀系数及热通量相位延迟时间的增长呈正相关性.与此同时,当介质温度和饱和度增加时,水平位移放大系数则表现出下降的趋势;对于竖向位移放大系数,其变化模式与热通量相位延迟时间、介质温度和饱和度的增长呈正相关.然而,当热膨胀系数增加时,竖向位移放大系数呈现出减小的趋势;此外,热传导系数的增加对自由场地位移放大系数的影响不明显,表明热传导系数对场地位移放大系数的变化作用较小;在考虑地下水水位的影响时,热效应下随着地下水水位的升高,水平和竖向位移放大系数逐渐增大.相反,在等温条件下的位移放大系数均随之减小.

斜入射情形场地基本周期的计算

场地基本周期是场地效应模型的重要变量,是场地分类的重要指标。已有基本周期的计算假定基岩地震波为垂直入射,常用方法包括利用垂直入射情形下场地内SH波竖向一维传播模型建立的模拟与经验方法,其中逐层单自由度法这一经验方法因计算简易、结果与模拟方法相当而被日本抗震设计规范所采纳。然而垂直入射假定大多与实际不符,为此给出可考虑基岩地震波斜入射的场地基本周期计算方法。首先利用Snell定律将基岩斜入射地震波作用下场地内的SH波二维传播表征为一维竖向视传播建立了斜入射情形场地内SH波传播模型。其次利用这一模型给出了斜入射情形基本周期计算的模拟和修正逐层单自由度法并应用于KiK-net台站场地,结果表明基本周期随入射角的增加而变小,就统计所得平均入射角57°而言,基本周期将缩减11%;修正逐层单自由度法可准确考虑斜入射的影响且计算简易度和原方法相当。最后,讨论了基岩面选取对基本周期计算的影响,结果表明,若依据土体首次达到给定剪切波速以确定基岩面,当剪切波速大于700m/s时,不同基岩面所对应的基本周期具有高度线性相关性。

非基岩场地核电厂CAP1400结构地震反应分析

针对核电工程的新型核岛结构CAP1400,建立屏蔽厂房和辅助厂房结构的整体有限元模型,进行模态分析获取了核岛结构的振动模态.进一步采用有限元模拟非基岩场地,考虑岩土与结构相互作用,针对不同的地震动情况开展不同剪切波速岩土场地上核岛结构的地震反应分析.研究表明:非基岩场地使核岛结构基础处的实际地震动输入有显著的改变,随着场地岩土剪切波速的增加,核岛结构基础处反应的加速度和应力增大,而位移及加速度反应谱峰值所对应的周期值减小.建议核岛结构抗震设计中非基岩场地导致的土-结相互作用影响应予以考虑,但当场地岩土剪切波速值大于1 250m/s时,其影响可以忽略.

基岩上均匀场地中透镜体对地震动的非线性放大作用

本文采用有限元方法研究基岩上均匀场地中透镜体对地震动的非线性放大作用,分析非线性放大作用和线性放大作用的差别,以及透镜体埋深、宽度、厚度以及输入地震波幅值和频谱等因素对非线性放大作用的影响。研究表明,透镜体的存在对地震动有显著的非线性放大作用,该放大作用可达30%;非线性放大作用一般小于线性放大作用;透镜体宽度对地表加速度反应谱的影响较大,埋深和厚度对地表加速度反应谱的影响较小;输入地震波幅值和频谱也有很大的影响。

基岩上均匀场地中透镜体对地震动的影响

采用有限元方法研究了基岩上均匀场地中透镜体对地震动影响的基本规律,分析了含透镜体的场地与不含透镜体的场地对地震动影响的差别,针对透镜体埋深、宽度、厚度、刚度以及输入波频谱等因素对地震动反应谱的影响进行了研究.研究表明,透镜体的存在对地震动有显著的放大作用,该放大作用可达49.7%;由于透镜体对入射波的散射,会产生竖向加速度,且竖向加速度的短周期成分相对较多;透镜体埋深、宽度、厚度、刚度以及输入波频谱等因素对地震动反应谱具有重要的影响.

SH波入射下阶跃基岩覆盖土层场地地面运动特征分析

利用二维显式有限元场地地震反应分析程序,把不同频谱特性的地震动作为输入基岩的SH波,探讨了阶跃基岩覆盖土层场地地震动空间分布特征,重点研究了覆盖土层厚度和土层性状对场地地表加速度峰值和反应谱的影响。研究表明:对于阶跃基岩覆盖土层场地,覆盖土层厚度变化对相应区域地表地震反应有较为明显的影响,对土层厚度不变区域的地表地震反应影响不明显。土层性状对阶跃基岩覆盖土层场地地表的加速度峰值和反应谱均有重要的影响。软土和上软土下硬土组合土层场地地表的加速度峰值要比硬土场地地表上的大。软土场地中反应谱的峰值要比硬土场地中反应谱的峰值大,硬土场地反应谱峰值对应的周期较短,软土场地反应谱峰值对应的周期较长。土层性状对地震动反应谱的影响,主要体现在短周期分量上。

以标贯试验为依据的砂土液化确定性及概率判别法

核电厂址非基岩场地的地基液化问题是核电厂选址的关键问题,亟需建立核电厂址地基液化判别方法。回顾了以标贯试验和地表峰值加速度为依据的砂土液化判别方法的演化历史,依据Idriss-Boulanger确定液化临界曲线的基本方法,提出了确定液化临界曲线的基本原则,分别依据美国液化数据库、中国抗震规范液化判别式所用的液化数据及综合两者的液化数据资料,给出了相应的液化临界曲线,验证了液化临界曲线的位置对不同的细粒含量、有效上覆压力、现场试验方法的液化数据的合理性,分析了测量或估计土层循环应力比和修正标贯击数各种因素的不确定性对液化临界曲线的敏感性,结果表明:所提的液化临界曲线不易受各种因素的影响。利用Monte Carlo模拟、加权最大似然法和加权经验概率法,给出了液化临界曲线的名义抗液化安全系数与液化概率的经验关系式及概率等值线,并对核电厂Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类抗震物项地基,给出了相应的液化临界曲线。

基于强震记录的核电厂抗震标准反应谱研究

依据基岩场地上的汶川地震强震记录,分析了地震动地面峰值和核电站抗震标准反应谱的特性,证明了在推导和使用标准反应谱时所考虑的地面峰值加速度与地面峰值速度之比(PGA/PGV)受地面峰值加速度和震中距的影响,将对标准反应谱形状产生明显的影响.另外还发现了基岩场地的竖向峰值加速度可能要远比通常认为水平向峰值加速度的2/3大.通过对比汶川地震强震记录的伪速度谱和规范给出的标准反应谱,发现规范中的标准反应谱在长周期段偏小.最后采用两种新的拟合反应谱的方法,不仅改变了以往先确定控制点的做法,而且很好地反映了均值加标准差反应谱.

基于近期大地震特征的核电站设计谱

为了评价现行核电站抗震设计反应谱的安全性,基于汶川和集集2次大地震基岩场地的强震动记录,通过对地震动主要参数和反应谱的分析,提出了基于规准和双规准伪速度反应谱不同区段特征确定目标地震设计谱的方法,给出了基于2次地震目标谱的距离相关核电设计谱,并与规范谱进行了比较.分析结果表明:大地震地震动具有长持时、长周期性的特点;地震动幅值率A/V小于规范取值,而设计谱速度控制段拐角周期明显大于规范设计谱取值,使得速度控制段明显向长周期段偏移;加速度控制段的谱值低于规范谱,而长周期段的谱值明显高于规范谱,速度控制区的放大系数比规范谱大.

基于近场加速度记录的弥散地震影响评价方法

基于地震动近场饱和的现象,根据已有的地震加速度记录样本,以及随距离衰减特征和震源尺度等因素综合确定的震中附近加速度记录样本,进行直接统计获得可以作为核工程安全性分析所使用的弥散地震加速度反应谱及其离散特征。为获得足够的样本数量,根据已有的地震动场地条件修正关系将非基岩场地上的加速度记录转换成为等效基岩场地上的记录,与基岩记录同时用于统计分析。

非基岩核电厂结构地震响应振动台试验研究

为研究在非基岩场地条件下核电厂结构的适用性和地震响应特征,以CAP1400型核电厂结构为例,开展非基岩场地核电厂结构振动台试验。结果表明:模型场地对各方向上的地震动均放大,场地反应谱低频部分受结构影响较大;在低于基准地震动作用下场地出现裂缝,在设计基准地震动作用下结构与土体分离。试验结束后,场地表面裂缝连通,结构无裂缝,地基失稳破坏。核电厂结构地震响应受场地条件的影响明显,在进行核电厂结构地震响应分析时应考虑场地条件和进行土-结构相互作用(SSI)分析。