1)安全停堆地震
在ALWR设计中不再使用“运行基准地震(OBE)”,即不作为设计的一项基准,也不作为地震事件后电厂停闭评价的准则。标准电厂设计的SSE必须要求保证公众的健康和安全,为此它必须保证核电厂抗震Ⅰ类的SSC结构的完整性和可运行性,防止放射性泄漏到不可接受的程度。
标准核电厂SSE地面水平运动反应谱应满足10CFR100附录A和R.G1.60导则要求。标准核电厂SSE的加速度峰值(ZPA)为0.3g。
对于土沙场地模式,必须考虑土壤结构相互作用(SSI)技术应用到构筑物分析的模型中。
2)厂址特定的SSE
厂址特定的SSE是由核电厂业主委托相关设计部门在初建时对厂址进行详细勘察和审查厂址地质、历史资料等设计参数基础后确定的。涉及的内容包括自由场中地层剖面上不同深度处地震峰值加速度变化与分布、运动的来源与方向、地震波传播及其反应特性等,并考虑该区域历史上记载所发生过的地震级别和次数、地震对地面破坏状况所确定的烈度等资料,在此基础上可采用确定论方法或概率论方法确定厂址特定的SSE地面运动。该厂址特定的设计基准地面运动特征包括考虑土壤-结构耦合效应来确定其厂址特定的设计反应谱和设计时程。但必须对超出标准核电厂规定的设计反应谱参数给予独立评定,最终由业主批准。
3)低水平地震(LLE)
地震对核电厂设施可能会形成两种不同损伤机理的失效,一种是当地震载荷组合后使设备的应力强度超过允许的应力强度而损伤失效;另一种是地震载荷和运行载荷组合后由于应力循环效应超过允许疲劳循环数而损伤失效。因此,对核电厂的管系和设备,特别是安全1级(包括部分安全2级)管系和设备与1E级电器设备的抗震鉴定,无论是分析或试验方法来进行抗震鉴定,还是作为应力强度和疲劳强度评定,除必须要求明确地震反应的幅值外,还应明确反应的循环次数。
电厂抗震设计原按“运行基准地震(OBE)”作为预计电厂运行寿期而言是一种有影响的地震,它的基本技术要求有两层含义:①应合理预期OBE地震,它对电厂继续运行提供一个具有高可信度功能的可靠性,地震后不会出现需要维修的损坏。②检验出现低周疲劳损伤的确切地震水平值。因此,OBE水平及对应的循环次数的确定是电厂技术条件中最关键的问题。但是过去的有关法规、导则、标准或标准审查大纲未作出一致的规定,10CFR100附录A-(a)(2)提出专门要求“OBE的幅值至少为SSE的一半”,但未给出对应的循环次数。标准审查大纲(SRP)3.7.3-Ⅱ2.b要求“在电厂寿期内至少应假定发生1次SSE、5次OBE,每次有10次最大应力循环”,在有关电厂的安全分析报告中的OBE循环次数更是各有其说法,差别甚大。
另外在管系和设备的地震分析和试验中,所规定的OBE和SSE的阻尼比数值不一样,由于OBE的阻尼比均低于SSE,往往会出现OBE的反应高于SSE的反应。而OBE的应力允许限值又低于SSE对应允许限值。这种不尽合理的结果,使核电厂抗震设计偏于保守,其后果往往使管系、设备的布置设计复杂化,从而建造价格升高并给维修带来困难。
为了克服过去存在的这些问题,ALWR和URD决定在保证抗震设计安全的前提下给予“简化”,提出在抗震设计中取消OBE地震效应,但对管系和设备仍应考虑地震事件中循环产生的疲劳效应,并认为这也是解决连续安全运行中一个重要的问题。在SSE为地震的立足点的基础上引入一个“低水平地震(LLE)”,这种低水平地震被认为是在核电厂寿期内可能发生的地震水平,URD推荐LLE反应的幅值为等于或高于1/3 SSE(ZPA)条件下,LLE所产生的应力循环应计入疲劳损伤之中。
URD要求LLE的应力循环次数相当于SSE的20次最大峰值出现次数,1次SSE中最大峰值循环次数至少为10次。LLE的应力循环次数应按IEEE 344附录D方法给予折算,同时URD对LLE的结构阻尼值与SSE完全一致。
URD第Ⅱ卷第1章附录B中指出,目前的有关涉及地震方面的法规、导则、标准、标准审查大纲等对OBE作了修改,并在设计中取消“1次SSE加5次OBE”的提法。
这里对LLE循环次数如何折算的方法作简单说明,IEEE 344附录D折算等效循环数公式为(www.daowen.com)
S2.5N=C
(C.1)
式中,S,N分别为最大峰值和对应的循环数,C为常数,由式(C.1)可求得LLE的折算循环数为
式中,
对于不同的低水平地震所对应的等效循环次数如表C.1所示。表C.1说明了采用不同的LLE时,所对应的等效循环次数是不相同的。若在寿期内假定发生5次LLE时,则每次LLE的等效循环次数是不相同的;若假设每次LLE最大峰值等效循环次数为10次时,则寿期总共发生的LLE次数也不相同。
表C.1 URD采用的LLE等效循环次数折算
表C.2为“在电厂寿期内至少发生1次SSE和5次OBE,每次地震具有10次最大应力循环”提法的计算循环次数的结果。与采用SSE的20次最大应力循环数来折算OBE循环数比较,可发现当设定OBE小于1/2 SSE最大峰值时不满足所需总循环次数,而大于1/2 SSE最大峰值时又超出所需总循环次数,说明URD要求采用LLE的折算循环次数的方法已克服了过去提法的不合理性和不统一性。
表C.2 1次SSE和5次0BE循环次数折算
4)电厂停堆要求
由于OBE不再用于ALWR核电厂抗震设计,因此实际监测到的地震地面反应谱与OBE反应谱相比较已失去依据。它不能包括在平均准则之内。因此URD采用了电厂低水平地震LLE=1/3 SSE的ZPA值,并取阻尼比为5%值,按3个准则来评估电厂是否要停堆的要求。
(1)自由场。①设计速度反应谱或加速度反应谱是否超出。②速度时程的累加绝对速度(CAV)是否超出。
(2)基础。设计速度反应谱或加速度反应谱是否超出。
(3)地震震级与烈度是否超出。在10CFR50附录S、R.G1.12-97、R.G1.166-97、R.G1.167-97以及ANSI/ANS-2.2-2002中均已将该评价准则包括在内。
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