核电厂进水口直立式翼墙结构地基三维地震响应分析

以某核电站海域工程进水口直立翼墙为背景,运用FLAC~(3D)有限差分程序对直立式翼墙结构在地震作用时的动力响应进行模拟,结合PL-Finn液化后大变形本构模型,研究翼墙结构在动力荷载作用下的动力响应规律。从结构的位移时程、结构变形、超孔压比、液化区域等方面定量评价翼墙护岸结构的安全性。分析结果表明:砂土液化后发生流动使结构出现规律性残余变形,且随地震强度增加而变大。由地震惯性力和砂土液化共同引起的水平和竖向变形,在SL1作用下翼墙结构顶部水平残余变形0.05 m,竖向残余变形为0.07 m。在SL2作用下翼墙结构顶部水平残余变形0.26 m,竖向残余变形为0.16 m;与基底输入地震动相比,在翼墙结构顶部水平和竖直加速度放大4～5倍,且越靠近翼墙顶部处加速度呈现出明显放大效应。     

港珠澳跨海工程沉管隧道三维地震反应分析

以港珠澳大桥沉管隧道为工程研究背景,考虑管节接头GINA止水带的橡胶材料特性、场地的初始地应力平衡以及上覆动水压力作用等,分析了水平及竖向地震作用下沉管隧道三维动力反应。结果表明:动水压力对隧道结构的竖向及水平方向的动力响应均有一定影响,尤其是对隧道结构的竖向反应影响较水平方向更加明显,最大可达70%;隧道接头GINA止水带竖向剪切变形较水平纵向的拉伸变形及水平横向剪切变形明显偏大,尤其两侧止水带竖向剪切变形较大;混凝土隧道管节上顶板及边墙较管节底部更易受到明显的拉应力。     

地震SV波斜入射下沉管隧道的地震响应分析

在ABAQUS黏弹性人工边界时域波动方法的基础上,首先运用等效应力输入方法实现地震SV波倾斜入射,半空间算例验证该方法具有较好的计算精度,进而基于所建立的斜入射方法研究地震波斜入射对海河沉管隧道地震响应的影响。计算结果表明:SV波斜入射情况下,沉管隧道的地震响应规律与垂直入射时具有明显差异;随入射角增加,沉管隧道结构应力增大,应力较大点出现在沉管隧道的四个角点及隔墙与底板、顶板的连接处,其中中隔墙为最薄弱点;随入射角增加,侧墙和隔墙的相对最大水平位移增大,其中中隔墙位移最大;随入射角增加,沉管隧道结构竖向加速度峰值明显增大。因此在沉管隧道结构抗震设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

软土地基核电厂房动力响应振动台试验

为了分析软土地基－筏基础核电厂房结构地震反应规律和特征,利用地震模拟振动台开展了软土地基－筏基础－核电厂房动力相互作用问题的试验研究。分别进行了表面水平土体模型和表面凹陷土体模型的运动相互作用试验、地基土－筏基础－核电厂房振动台相互作用试验、核电厂房直接固定在振动台面上的刚性基底振动台试验。试验采用圆形叠层剪切模型箱,地基土模型为某工程场地的均匀粉质粘土,其剪切波速为213 m/s;核电厂房简化为3层框架剪力墙结构模型。试验输入波形为美国核电规范常用的RG1.60反应谱合成得到的人工地震动时程。振动台试验结果对比分析表明:土－结构体系中系统的振动周期和阻尼明显大于刚性基底下结构的振动周期和阻尼;相同地震作用下在土－结构动力相互作用体系中结构加速度明显小于刚性基底下的结构加速度反应;而位移明显大于刚性基底下结构的位移。本文的研究成果可为软土地基建立核岛厂房的适应研究提供参考。     

Earthquake Response Analysis of Soil-reactor Plant-nuclear power Auxiliary Plant Interaction System

土-结构相互作用分析是核电结构抗震设计的重要环节,考虑到附属厂房可能导致反应堆厂房处于最不利工况状态,对地基土-反应堆厂房-核电辅助厂房结构相互作用体系地震响应进行研究。基于PASSI算法,提出显-隐式单元层计算方法,实现显、隐式交替计算,保持高效性的同时,提高计算稳定性。通过场地分析算例和土-结构相互作用分析算例,与ABAQUS软件计算结果进行对比,验证计算方法的可行性。以某核电站为对象,分析同一基础上相邻厂房对反应堆厂房地震响应的影响。研究结果表明,在基岩场地上,安全厂房通过基础和场地对反应堆厂房的作用较小,对反应堆厂房地震响应的影响较小;地震动输入下,燃料厂房和电器厂房加大了反应堆厂房位移峰值,减小了反应堆厂房加速度反应谱峰值,并使反应堆厂房顶部点加速度反应谱峰值向高频移动;与反应堆厂房共用同一基础的辅助厂房,应与反应堆厂房作为整体进行地震响应分析,至少应将与反应堆厂房相连的辅助厂房作为整体进行分析。     

某高温气冷堆核电厂结构地震反应分析

以某高温气冷堆核电厂结构为原型,利用有限元软件建立三维结构实体模型,开展了模态分析和弹性动力时程分析的数值计算,以探讨某高温气冷堆核电厂的结构特性和抗震性能,并重点分析了在三向地震动作用下高温气冷堆核电厂的加速度、位移反应时程和楼层反应谱.总体上看,高温气冷堆核电厂在两个水平向的刚度比较均匀,楼层反应接近,布局较为合理;在三向地震动作用下,顶层中心点的竖向楼层反应均明显大于两水平方向楼层反应,因此在高温气冷堆核电厂结构设计中,应关注竖向地震动对核电厂地震反应带来的不利影响.     

竖向地震作用对储液罐地震响应的影响分析

地震作用下大型储液罐的安全问题日益引起重视。基于ANSYS软件建立储罐液体耦合有限元模型,考虑罐底非线性接触效应,以El-Centro南北向和竖直向记录地震波为输入,研究水平激励以及水平和竖向同时激励两种工况下储罐的动力响应。研究结果表明,两种工况下靠近罐底1.2m处均发生了"象足"变形,竖向激励下水平相对位移增加了14%。竖向激励使得罐壁环向应力和轴向压应力均有不同程度的增加。竖向地震激励对液面的竖向晃动影响较小。储液罐底板在地震作用下发生了竖向提离和永久滑移,竖向激励时增长幅度均在10%左右。同时罐体基底剪力在竖向地震作用下也有所增大。储罐抗震设计时应考虑竖向地震分量的影响,研究结论可为立式储罐的抗震设计提供一定的参考和依据。     

基于P-Z模型的直立墙振动台试验数值模拟

基于块石静、动室内三轴试验确定的广义塑性模型参数,对直立墙结构振动台试验进行有限元数值模拟,并与试验结果进行对比分析,进一步探讨直立墙结构在地震荷载作用下的破坏过程和破坏特征。计算表明:该模型可较合理地模拟直立墙结构的地震反应特性和破坏特征,计算结果与试验现象基本相符。位于抛石基床上的直立墙结构破坏模式为直立墙向外海侧的滑移、倾斜和竖向沉降,其破坏过程为:当输入加速度较小时,直立墙处于稳定状态;随着输入加速度逐渐增大,直立墙在自身惯性力和墙后回填块石的动土压力作用下缓慢向外海侧水平滑移、倾斜和竖向沉降,墙后回填块石出现沉陷,但变形较小;当加速度达到一定值时,直立墙向外海侧移动和回填块石沉陷速率急剧增加,变形较大。     

Study on Site Specific Design Earthquake Ground Motion of Nuclear Power Plants in China1

The main technical backgrounds and requirements are introduced with regard to earthquake ground motion design parameters in several domestic and American standards,codes and guides involved in the seismic analysis and design activities of nuclear power plants in China.Based on the research results from site seismic safety evaluation of domestic nuclear power plant projects in the last years,characteristics and differences of site specific design spectra are analyzed in comparison with standard response spectra,and the suitability of standard response spectra for domestic nuclear power plant projects is discussed.     

地铁车站与隧道连接处地震响应分析

结构截面刚度突变处是地下结构抗震的薄弱部位,为研究地铁车站与隧道连接处的地震响应,本文建立有限差分数值模型,分析地震作用下车站与隧道连接处的薄弱部位、连接处附近的侧墙变形分布特征以及地表沉降分布特征,重点探究埋深、地震动特征以及周围土体刚度对连接处隧道应力的影响。结果表明:连接处端墙底部跨中、端墙洞口的顶部和底部是抗震的薄弱部位;连接处端墙存在对侧墙变形分布、地表沉降分布有一定影响;结构埋深,地震动频谱、幅值对连接处隧道应力响应有较大影响,结构周围土体的刚度在一定范围内对连接处隧道应力有较大影响。     

非岩基厂址条件下核电厂标准化地基模型研究

核电厂标准化设计方法是节省核电建设成本的重要手段,开展非岩基厂址地基标准化设计地基模型的研究对拓宽核电厂地基适用范围有重要意义。首先,基于国内外典型软质岩和硬土厂址动参数的调研数据进行数理统计分析,归纳动参数随深度的变化规律,并通过归一化分析得到地基剪切波速剖面特征曲线,从而确定初步的标准化地基模型;进而,基于SuperFLUSH/2D Ver6.0软件开展初步标准地基模型的地震反应分析,以最大加速度随深度变化与加速度反应谱为考量指标探究动参数变化对于地震反应的影响程度及规律;最后,依据初步地基模型的剪切波速剖面的相似性及包络性,定义软质岩和硬土厂址条件下的核电厂标准化地基模型,并给出相应的动参数合理取值。该模型及研究成果可为我国“核电走出去”战略中主力堆型的核电厂标准化设计提供重要的参考。     

地震作用下立式储液罐罐壁“象足”变形仿真分析

基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动和罐底提离立式储液罐有限元模型,分别进行了水平地震和竖向地震作用下罐壁“象足”变形分析。分析表明:立式储液罐罐壁“象足”变形主要是由罐壁纵向压应力超过临界应力而产生的局部屈曲破坏,并非强度破坏。因罐底提离导致的罐底与基础反复撞击加大了作用在罐壁上的应力,使罐壁底部“象足”变形不断发展,最终导致罐壁撕裂。在完全相同地震加速度作用下,水平地震作用比竖向地震作用罐壁更早更容易进入屈曲状态,产生“象足”变形。     

汽机弹簧隔振基础地震反应及弹簧变形分析

采用SeismoStruct软件建立有限元模型对某汽轮发电机组弹簧隔振基础进行时程分析,研究弹簧隔振基础的频率振型和地震响应、层间变形、弹簧变形等特性。研究表明,弹簧隔振基础的自振频率较低,竖向自振频率远离机组工作扰频;弹簧隔振装置能够在地震作用时减小台板加速度反应,并根据刚度重新分配水平地震作用,充分发挥立柱的抗震能力。结果表明基础设计符合《建筑抗震设计规范》标准,达到了弹簧隔振抗震的目标,基础设计合理、安全可靠。SeismoStrcut作为有限元分析软件,对汽机基础的模拟能够达到工程需要。     

地震荷载作用下加筋土挡墙动力特性分析

利用有限元软件对加筋土挡墙在地震荷载作用下的动力特性进行模拟分析,重点分析其在不同加筋长度、加筋间距以及峰值加速度条件下的动力响应特性。通过有限元分析一个高6m、底部为基础土的加筋土挡墙在地震荷载作用下的行为,针对理想化墙体研究加筋土挡墙的某些动力特性。模拟计算结果表明加筋土挡墙的加筋长度、加筋间距以及峰值加速度的变化对其水平位移、沉降及受力有较大影响。采用长度大的加筋材料可以有效减小加筋土挡墙的水平位移,但这样将导致加筋拉伸荷载的增大,同时也将导致加筋土挡墙的隆起增大。峰值加速度的大小对加筋土挡墙的水平位移有很大影响,当峰值加速度增大时水平位移也随之增大,但并不呈线性增长关系。减小加筋间距会有效地限制加筋土挡墙面板整体的水平位移,但在一定范围内减小加筋间距也会使加筋区域内土体底部挡墙的水平位移出现相对增大的现象,因此通过减小加筋间距来限制加筋土挡墙的位移在一定程度上具有局限性。     

Shaking Table Tests on Bridge Foundation Reinforced by Anti-slide Piles on Slope

Based on the requirement of seismic reinforcement of bridge foundation on slope in the Chengdu-Lanzhou railway project, a shaking table model test of anti-slide pile protecting bridge foundation in landslide section is designed and completed. By applying Wenchuan seismic waves with different acceleration peaks, the stress and deformation characteristics of bridge pile foundation and anti-slide pile are analyzed, and the failure mode is discussed. Results show that the dynamic response of bridge pile and anti-slide pile are affected by the peak value of seismic acceleration of earthquake, with which the stress and deformation of the structure increase. The maximum dynamic earth pressure and the moment of anti-slide piles are located near the sliding surface, while that of bridge piles are located at the top of the pile. Based on the dynamic response of structure, local reinforcement needs to be carried out to meet the requirement of the seismic design. The PGA amplification factor of the surface is greater than the inside, and it decreases with the increase of the input seismic acceleration peak. When the slope failure occurs, the tension cracks are mainly produced in the shallow sliding zone and the coarse particles at the foot of the slope are accumulated.     

地形效应对于核电场地地震反应分析影响研究

目前,在进行核电场地安全性评价时,主要采用一维等效线性化程序LSSRLI-1,而一维等效线性化方法在考虑地形效应时有很大的局限性,特别是在研究场地地形效应的影响时偏差较大。对于抗震设计要求远高于一般建筑的核电站来说,选用合适的方法进行二维建模分析是非常必要的。选取了某核电场地典型剖面15个钻孔资料,在MIDAS二维等效线性分析环境下进行了建模,并选取了以年超越概率10^-4合成的地震动中10条最大样本时程作为基底输入进行分析。通过与LSSRLI-1的计算结果进行对比,研究了地形效应对地表和核岛基础处（8.5m）加速度反应谱的影响,并提出了设计建议。分析得出:二维分析中地形效应对地表加速度最大值反应谱的双峰形态影响较大,并且计算结果对AP1000谱的超越情况有所变化;对核岛基础处（8.5m）峰值加速度的影响程度比地表要小,没有表现双峰形态变化较大的形态。     

Construction parameters of graded sand-gravel foundation on seismic response law of nuclear safety grade underground corridor

The treatment of soft soil foundation under nuclear safety grade corridors with graded sand and gravel materials has a good development prospect. It is of great engineering value to explore the influence of construction parameters of graded sand and gravel foundation on the seismic response of gallery structures. Taking the safety grade underground corridor of a nuclear power plant as the engineering background, the equivalent linear method is used to consider the nonlinear dynamic characteristics of graded sand and gravel. The energy transfer boundary is applied at the truncation boundary to simulate the dissipation effect of scattered wave fluctuation energy and the ground motion input. The thicknessless contact element is introduced to consider the contact effect between the corridor structure and the graded sand and gravel foundation, so as to establish the calculation model of the dynamic interaction between the graded sand and gravel foundation and the corridor structure. Furthermore, the influence of the relative compactness and the foundation treatment depth on the seismic response of the corridor structure is studied, and the calculation results of the acceleration response spectrum and relative displacement of the corridor structure are analyzed. The calculation results show that the two construction parameters have different degrees of influence on the seismic response of corridor structure. The research results can provide reference for the engineering design and construction of underground corridors, and provide technical support for the application of graded gravel materials in soft soil foundation treatment.     

地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析

为了研究强震区桥梁跨活动断层时,桩基在地震中的动力响应,以海文大桥为工程背景,利用Midas GTS有限元软件建立其强震区桩-海床岩土体-断层耦合作用的数值模型,研究不同强度(0.20g～0.60g)的50年超越概率为10%的地震波(后文简称5010地震波)作用下,桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明：上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用,而基岩对桩身加速度几乎不产生作用;断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大,但达到振幅的时刻一致;上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在50 s以后产生永久沉降;桩身最大弯矩截面处时程响应均在40 s以后产生永久弯矩;应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计,及桩顶和基岩面附近的抗剪承载力设计;上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计,下盘桩基础按动剪应力控制设计。     

Numerical investigation of the response of the Yele rockfill dam during the 2008 Wenchuan earthquake

In this paper the seismic response of a well-documented Chinese rockfill dam, Yele dam, is simulated and investigated employing the dynamic hydro-mechanically (HM) coupled finite element (FE) method. The objective of the study is to firstly validate the numerical model for static and dynamic analyses of rockfill dams against the unique monitoring data on the Yele dam recorded before and during the Wenchuan earthquake. The initial stress state of the dynamic analysis is reproduced by simulating the geological history of the dam foundation, the dam construction and the reservoir impounding. Subsequently, the predicted seismic response of the Yele dam is analysed, in terms of the deformed shape, crest settlements and acceleration distribution pattern, in order to understand its seismic behaviour, assess its seismic safety and provide indication for the application of any potential reinforcement measures. The results show that the predicted seismic deformation of the Yele dam is in agreement with field observations that suggested that the dam operated safely during the Wenchuan earthquake. Finally, parametric studies are conducted to explore the impact of two factors on the seismic response of rockfill dams, i.e. the permeability of materials comprising the dam body and the vertical ground motion.     

极限安全地震动下考虑土-结构相互作用的核电站安全壳响应分析

根据黏弹性人工边界的基本原理,结合有限元分析软件ABAQUS和MATLAB辅助程序,在地基有限区域上添加黏弹性人工边界并实现极限安全地震动的输入。基于ABAQUS软件平台,对CPR1000安全壳构建了土-结构相互作用体系的数值模拟模型,分析其在极限地震动下的动力响应,并将计算结果与考虑刚性基础的安全壳结构响应数据进行对比。结果表明:核电站CPR1000安全壳结构在极限安全地震动下仍能保持良好的密闭性。考虑土-结构相互作用后分析所得安全壳结构受到的应力、加速度峰值和相对位移均有所增大,使用刚性地基模型要偏于危险。