來源: 中國核電信息網 發布日期:2014-02-12
從1985年由建設部抗震辦主持召開了第一次核電站抗震設計規范編制工作會議,到1997年由國家地震局主編完成核電廠抗震設計規范(GB 50267-97)整整化了12年時間,再從施行到現在又過去了近15年。因此,它的很多內容已經不能適應目前核電站發展的要求,主要問題如下。
(1)該規范規定只適用于極限安全地震動的峰值加速度不大于0.5g地區的壓水堆核電廠,現在看來這個標準明顯偏低。而且第四代高溫氣冷石墨球床反應堆,已在一些擬建的核電站被考慮采用,顯然這個規范無法適用于這種情況。而且該規范選用的國內大于5級的強震記錄,是以東北、華北地區的海城和唐山兩次大地震及其余震的記錄為主的,同時選擇的地震震級大多在5-7級之間,選用7級以上的強震記錄數量較少,而且震中距較大。考慮到十多年來我國大地震的情況已經大大超出規范的預期,如果再按上述標準,安全度顯然偏低了。
(2)該規范規定主體系和子體系可不作耦聯計算的依據,僅考慮了它們間的質量比,與基頻比。這是完全參照了美國核管理委員會編制的1975年6月版標準審查大綱中第3.7.2 節的內容 ,而且沒有說明其適用的前提條件,因此容易給應用帶來問題。因為這個解耦準則本身是十分不嚴密的。首先,它只適用子結構被包含在主結構內,而且二者間只有一個支點的情況。如果存在多個支點,或者存在直接與地基相連的支點,就會產生較大誤差;其二,主結構與子結構的關系實際上是非常復雜的,有時可能存在二個以上的子結構,或者有的主、子結構質量相當,其中主結構子結構就很難區分;其三,假如構件阻尼不同、或振幅很大,或材料呈現非線性,這種情況在罕遇地震時有可能發生,這時當然更不能適用這個解耦準則了。我國學者在以具體工程為例的分析中也發現這個準則在應用中的問題。其實,美國在1989年第二版標準審查大綱(ITSNRC SRP)中,就特意說明了1975年版標準中規定的解耦準則,對于反應堆主回路系統是個例外,而我們現在還把它作為設計分析核電站結構的依據,顯然是不太合適。
(3)該規范偏重于計算分析,對抗震設計最重要的概念設計只字未提。我們知道抗震計算的結構模型與載荷假定存在很多近似性,因此必須重視概念設計。常規設計通常是被動地把結構布局抽象成計算模型,再進行設計計算與校核。而概念設計十分重視結構布局在整體上傳力路徑的合理性和可解性,因此是反過來要求結構布局盡量接近計算模型,以便使模型符合計算假定,只有這樣,計算結果才有可信度,而且它從宏觀上使結構盡量減少地震響應、把各種結構、部件與區域按重要程度確定安全度,以確保關鍵部位的安全。這就要求工藝設計與結構抗震設計互動,為什么?根據目前世界各國的有關抗震設計理論研究水平,還無法對一個任意的結構精確地確定抗震分析的模型與工況。首先是載荷工況問題,核電站抗震設規范規定在通常情況下,Ⅰ、Ⅱ類物項應采用反應譜法和時程分析法,但是很多學者都曾指出反應譜法只考慮了峰值加速度,不能反映地震三要素真實的影響。就是采用了時程分析法,但是所選用的地震波也是以前的、別處的,它不能等同于以后的、本地的地震,而且實際的地震波具有6個自由度,我們現在能夠記錄的幾個平移自由度的地震波也代表不了真實的地震,而且人工地基處理、樁基和附近的大型地下構筑物都會影響地面地震波的性狀等等,因此,地震作用力本身就存在很大的不確定性,由此可知對未來作用在結構上的地震作用是很難如實確定的;其次,是結構分析模型問題,為便于抗震分析,對一個復雜結構需要分成主結構與次結構,且需要解耦以使計算簡化可行。但是,如前所述,所謂的解耦準則也存在很多問題,特別是在考慮到主結構與耦聯的次結構存在不同阻尼時,計算理論的困難不是一個準則可以簡單解決的。試問一個計算簡圖和作用力本身都存在問題的分析結果,能夠具有多少可信度?因此常規的工程設計首先要考慮概念設計的合理性,核電站是安全性要求更高的工程,而且結構布局比常規建筑設計復雜得多,當然更應重視概念設計。這就要求不是一切工藝布局全部確定了以后,再來進行結構設計,而是在工藝布局的初始階段結構設計就要參與,要把結構的抗震合理性,也作為工藝合理的一個必要條件。概念設計的方法,可以使復雜的系統簡單化,使計算模型更加符合真實結構,使地震作用傳遞路線更加合理,更加具有可控性,使系統能有多道設防,使核心部分能夠由其他部分的耗能而得到更好的保護。這樣最終確定的方案就可能做到受地震影響最小,計算結果可信度最高,既安全可靠又經濟合理。
(4)所有設計定量分析僅限于構件截面內力與地基基礎,對所有土建結構、設備、管道、部件沒有提出位移和變形的絕對與相對限值定量指標,而這對于保證正常工作和對破壞狀態的預控制是十分重要的。還有對某些設備在地震時可能發生傾覆或滑移,規范并沒有規定相關定量的安全系數,只是提了一下原則要求,而如日本柏崎·刈羽核電廠在新瀉地震時,就出現過這種破壞。可知規范對此規定強制性的定量限值是有必要的,沒有定量限值,第三者就無法根據規范對設計進行客觀的審查。
(5)考慮到今年東日本大地震導致福島核電站事故的教訓,有必要對核電站選址作出更加嚴格周全的限制條件;并且必須加強對核電站安全殼、殼內部燃料組件、設備的抵抗地震和次生災害(如海嘯、核泄漏)的多道設防措施。
(6)從有關文獻可知我國在這方面的基礎理論研究、工程實體抗震試驗研究,以及有關計算機專業軟件研究都起步較晚,因此建議一方面應該加強有關研究投入,另一方面在規范中應該明確規定復雜結構設計必須進行實體或者模型試驗,不能一味迷信計算機計算結果。
綜合以上內容可知,重新編制我國新的核電站抗震設計規范應該是當務之急。
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