常規(guī)島主廠房在sl-2地震作用下彈塑性變形驗(yàn)算的簡化計算方法

1、<p>　　常規(guī)島主廠房在SL-2地震作用下彈塑性變形驗(yàn)算的簡化計算方法</p><p>　　摘要：根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的彈塑性變形簡化計算方法，采用國標(biāo)罕遇反應(yīng)譜包絡(luò)極限安全地震SL-2反應(yīng)譜，用計算程序PKPM進(jìn)行核電常規(guī)島主廠房在SL-2地震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：核電常規(guī)島主廠房；極限安全地震；彈塑性變形驗(yàn)算； </p>

2、<p>　　中圖分類號：[TL48] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　概述 </b></p><p>　　核電工程的常規(guī)島主廠房，是核安全無關(guān)物項(xiàng)（抗震Ⅲ類物項(xiàng)），但它往往與核安全有關(guān)的重要物項(xiàng)（抗震Ⅰ類物項(xiàng)）相鄰。為了確保抗震Ⅰ類物項(xiàng)的安全，一般保證在極限安全地震SL-2作用下，常規(guī)島主廠房能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性（不倒塌）。 </p&

3、gt;<p>　　本文提出并論述說明對于常規(guī)島主廠房，利用民用規(guī)范的抗震計算方法和計算程序進(jìn)行在SL-2地震作用下結(jié)構(gòu)完整性的簡單校核計算方法。 </p><p>　　常規(guī)民用工程與核電廠的抗震設(shè)計要求 </p><p>　　2.1常規(guī)民用工程的抗震要求 </p><p>　　《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》是以“三個水準(zhǔn)”為抗震設(shè)防目標(biāo)的，即“小震不壞，中震可修

4、，大震不倒”。在設(shè)計中采用兩階段設(shè)計實(shí)現(xiàn)上述的設(shè)防目標(biāo)，即：第一階段設(shè)計是承載力驗(yàn)算、第二階段設(shè)計是彈塑性變形驗(yàn)算。 </p><p>　　2.2核電廠的抗震設(shè)計要求 </p><p>　　在HAD102/02《核電廠抗震設(shè)計與鑒定》中規(guī)定，與核安全有關(guān)的重要物項(xiàng)要考慮：SL-1（運(yùn)行安全地震）和SL-2（極限安全地震）。在SL-1地震水平下，與核安全有關(guān)的重要物項(xiàng)應(yīng)保持正常運(yùn)行狀態(tài)，要求

5、結(jié)構(gòu)處于彈性范圍。在SL-2地震水平下，對于與核安全有關(guān)的重要物項(xiàng)而言，驗(yàn)收準(zhǔn)則要比SL-1時有所降低，一般允許進(jìn)入彈塑性范圍。 </p><p>　　2.3常規(guī)民用工程與核電廠的抗震設(shè)計要求對比 </p><p>　?。?）二者的所考慮的地震水平的超越概率不同。例如根據(jù)《建筑抗震設(shè)葉規(guī)范》，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為8度時所對應(yīng)的設(shè)計基本地震加速度值為0.2g，此值與SL-2地震峰值加速度0.2g

6、的含義是不同的，前者對應(yīng)的是475年一遇的地震，而后者對應(yīng)的是10000年一遇的地震。 </p><p>　?。?）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和核電廠所使用的設(shè)計反應(yīng)譜不同。核電廠設(shè)計中使用較多的是美國NRC的RG1.60反應(yīng)譜或廠址特定反應(yīng)譜?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》給出了地震標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜。 </p><p>　　以8度區(qū)、第二組、Ⅱ類場地為例（基本加速度值為0.2，阻尼比為0.05），根據(jù)《建筑抗

7、震設(shè)計規(guī)范》給出的計算公式可得水平方向加速度如表1所示。 </p><p>　　表1 8度地震區(qū)、Ⅱ類場地標(biāo)定的加速度反應(yīng)譜 g </p><p><b>　　地震影響 周期 </b></p><p>　　0 s 0.1s 0.4s 2s 6s </p><p>　　多遇地震 0.07 0.16 0.16 0.035 0

8、.025 </p><p>　　相應(yīng)地，用0.2g標(biāo)定的RG1.60反應(yīng)譜（阻尼比取為0.05）所得到的結(jié)果如表2所示。 </p><p>　　表20.20g標(biāo)定的RG1.60反應(yīng)譜g </p><p>　　阻尼比 控制點(diǎn)放大系數(shù) </p><p>　　0.03s 0.11s 0.4s 4s </p><p>　　0.

9、05 0.20 0.522 0.626 0.094 </p><p>　　二者的對比曲線圖，見圖1所示。 </p><p>　　圖18度地震區(qū)標(biāo)定的加速度反應(yīng)譜與RG1.60反應(yīng)譜對比曲線 </p><p>　　通過對比可以看出，RG1.60反應(yīng)譜遠(yuǎn)大于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的標(biāo)定的反應(yīng)譜?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》的設(shè)計基本地震加速度O.2g，與核電廠設(shè)計基準(zhǔn)地震動O.2

10、g的含義是不同的：一方面是超越概率有所不同，另一方面，對于相同的設(shè)計地震加速度0.2g，核電廠的抗震設(shè)計安全要求高于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的安全要求。 </p><p>　　簡化計算方法的基本思路 </p><p>　　常規(guī)島主廠房作為抗震Ⅲ類物項(xiàng)，抗震設(shè)計一般按國家民用規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。為了保證在SL-2地震作用下結(jié)構(gòu)的完整性，在建和已建常規(guī)島主廠房設(shè)計方法有：采取將抗震設(shè)防烈度提高度1度的方

11、法；也有采取中震彈性的計算方法。均提高了廠房的抗震設(shè)計要求。但給廠房結(jié)構(gòu)帶來多大的安全性與保守性沒有一個量化的概念，能否說明廠房在SL-2地震作用不倒塌呢？這就需要從以下兩個方面進(jìn)行論證說明。 </p><p>　　首先，應(yīng)保證在進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算時采用的罕遇地震作用水平應(yīng)與SL-2地震作用水平相當(dāng)（或者說前者不低于后者）。 </p><p>　　其次，在罕遇地震作用不低于核電廠SL-

12、2地震作用水平的基礎(chǔ)上，利用民用規(guī)范的結(jié)構(gòu)抗震計算方法和工具進(jìn)行結(jié)構(gòu)完整性校核計算（結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算）。 </p><p>　　簡化計算方法的主要步驟 </p><p>　　用《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的計算方法和工具進(jìn)行常規(guī)島主廠房在SL-2地震作用下的完整性驗(yàn)算的主要過程可以歸納如下： </p><p>　?。?）根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，確定特征周期Tg、確定結(jié)構(gòu)

13、的阻尼比； </p><p>　?。?）將廠房的抗震設(shè)防烈度按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的抗震設(shè)防烈度提高一度； </p><p>　　（3）將以設(shè)計基準(zhǔn)地震SL-2峰值加速度標(biāo)定的反應(yīng)譜與以抗震設(shè)防烈度提高后的罕遇地震標(biāo)定的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》反應(yīng)譜進(jìn)行對比，確認(rèn)在周期0s至主廠房結(jié)構(gòu)第一自振周期（最大周期—T1）范圍內(nèi)前者被后者所包絡(luò)； </p><p>　　如果

14、出現(xiàn)不能包絡(luò)的情況，還需要進(jìn)一步提高抗震設(shè)防烈度，重復(fù)上述步驟，直至確定包絡(luò)關(guān)系。 </p><p>　?。?）確認(rèn)包絡(luò)關(guān)系后，利用民用規(guī)范的結(jié)構(gòu)抗震計算方法和工具進(jìn)行罕遇地震下彈塑性變形驗(yàn)算，校核結(jié)構(gòu)的完整性，以層間位移是否滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》要求作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　簡化計算方法的應(yīng)用實(shí)例 </p><p>　　以某工程為例，結(jié)構(gòu)按中震彈性進(jìn)

15、行抗震計算，對常規(guī)島主廠房在SL-2地震作用下廠房保持完整性的校核計算方法進(jìn)行論述說明。 </p><p>　?。?）廠址與核安全無關(guān)的抗震設(shè)計參數(shù)： </p><p>　　抗震設(shè)防烈度為6度；基本地震加速度值為0.05g；設(shè)計地震分組為第三組；場地土類別I1類；場地特征周期為0.40s（罕遇地震作用時）。 </p><p>　?。?）極限安全地震（SL-2級）：

16、</p><p>　　廠址特定SL-2級基巖水平向峰值加速度值為0.12g。水平向和豎直向加速度反應(yīng)譜（5%阻尼比）參數(shù)值見表3所示。 </p><p>　　表 3廠址特定SL-2級基巖加速度反應(yīng)譜參數(shù)（5%阻尼比） </p><p>　　周期值(sec) 0.03 0.16 0.40 1.20 4.00 </p><p>　　水平向加速度反

17、應(yīng)譜(g) 0.12 0.36 0.24 0.12 0.033 </p><p>　?。?）廠址SL-2級地震反應(yīng)譜與不同烈度的罕遇地震反應(yīng)譜的對比： </p><p>　　廠址SL-2級地震反應(yīng)譜與7度、8度的罕遇地震的反應(yīng)譜進(jìn)行對比分析，見表4及圖2所示。 </p><p>　　表4 廠址SL-2與7度的罕遇地震反應(yīng)譜值（5%阻尼比） g </p>

18、<p>　　周期（s） 0.00 0.03 0.11 0.16 0.40 0.80 1.20 2.00 4.00 </p><p>　　廠址特定SL-2 0.12 0.268 0.360 0.240 0.180 0.120 0.098 0.033 </p><p>　　7度大震 0.225 0.308 0.500 0.500 0.500 0.268 0.186 0.117 0.

19、097 </p><p>　　圖2廠址SL-2與7度的罕遇地震反應(yīng)譜值對比曲線圖（5%阻尼比） </p><p>　　通過上表可知：7度的罕遇地震能將廠址特定SL-2級反應(yīng)譜完全包絡(luò)。 </p><p>　?。?）計算程序的計算步驟： </p><p>　　結(jié)構(gòu)計算采用的計算程序PMSAP。在PMSAP參數(shù)修改菜單中輸入：按中震彈性設(shè)計、指定

20、地震影響系數(shù)最大值為0.12g，地震設(shè)防烈度定義為7度。此時程序會按照6度中震彈性進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震計算，同時按照7度大震進(jìn)行結(jié)構(gòu)的彈塑性變形驗(yàn)算。 </p><p>　　從輸入地震參數(shù)的角度看，設(shè)防烈度提高后罕遇地震的加速度峰值和反應(yīng)譜曲線都可以包絡(luò)SL-2地震的相應(yīng)參數(shù)，并且具有一定的保守性。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行罕遇地震下彈塑性變形驗(yàn)算，如果結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求，就可以判定在廠址SL-2

21、地震作用下，被驗(yàn)算結(jié)構(gòu)不會倒塌。 </p><p><b>　　幾點(diǎn)說明 </b></p><p>　?。?）簡化計算方法的出發(fā)點(diǎn)是為了充分利用常規(guī)民用設(shè)計規(guī)范的計算方法和工具進(jìn)行常規(guī)島主廠房在SL-2地震作用下的結(jié)構(gòu)完整性校核計算，并不能說明計算中所用的提高設(shè)防烈度后的罕遇地震與SL-2之間在地震安全性上的對應(yīng)關(guān)系。 </p><p>　　（

22、2）設(shè)防烈度后提高后的罕遇地震與SL-2相比，不論在峰值上和反應(yīng)譜形狀上都具有保守性，如果計算結(jié)果不能滿足層間位移的限值要求，并不能說明被驗(yàn)算廠房在SL-2下一定不滿足完整性的要求。 </p><p>　?。?）如果計算程序采用SATEW，就可以認(rèn)為定義罕遇地震的水平地震影響系數(shù)最大值，使其與SL-2級地震反應(yīng)譜盡量的吻合，不至于有較大包絡(luò)。 </p><p>　　總之，本專題所述的簡化論