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核电站的重要性不言而喻,作为新能源产业的代表,它关系着国计民生。现有物主拟在浙江省台州市三门地区建一大型核电站,该核电站是继中国第一座自行设计、建造的核电站-泰山核电站之后,获准在浙江省境内建设的第二个核电基地。三门核电站总占地面积740万平方米,将建造6台单机装机容量为125万千瓦的AP1000核电机组,分三期建设。一期工程是国家首个核电自主化依托项目,其中一号机组为全球首台AP1000核电机组。
对于重大工程抗震问题研究来讲,工程场址地震动输入是前提和基础。工程场址地震动输入机制涉及范围很广,是一门跨学科、跨领域的前沿课题。它涉及到地震学、地质学、防灾减灾和环境等学科,需要研究人员具有相对完善的综合知识,因此难度较大,至今尚未得到很好的解决。
现阶段,重大工程结构弹塑性阶段抗震分析方法可以归结为两大类:时程分析方法和静力弹塑性分析方法。时程分析方法可以较真实地模拟地震作用过程,如果结构模型采用较精确的梁、杆、索、板、墙等单元形式,则可以较准确地得到结构响应,但是到目前为止,时程分析方法还主要停留在科学研究阶段,,应用于实际建筑结构罕遇地震分析还十分困难;静力弹塑性分析(push-over)法作为一种结构非线性响应的简化计算方法,在多数情况下它能够得出更多的重要信息,且操作简便,近来引起了广大学者和工程设计人员的关注。
本文以三门核电站主厂房为研究对象,做了以下几点工作。
首先,确定了地震动输入参数。我国抗震设计规范的设计基准期默认为50年,而此实际工程的设计使用期为60年,需对规范规定做相应的调整。通过查阅相关历史地震记录、参考地震烈度区划图,在三门工作区域内划分了潜在震源,分别计算了地震活动性参数、地震动的衰减、空间分布函数和地震年平均发生,而后对比地震危险性概率分析法、最大历史地震法和地震构造法的计算结果,综合得到了设计基准期为60年的厂址地震动参数,为该厂房的建筑抗震设计提供了依据,也为后来的抗震性能分析打好了基础。
其次,对实际工程主体结构进行了静力弹塑性分析,采用不同的水平荷载分布模式,得出结构在极限安全地震作用下各个阶段的顶部位移-基底剪力、各楼层的层间位移、层间位移角,并进行相互比较。针对此空间模型的复杂性,合理的布置了塑性铰,并对模型相对薄弱的地方做出了些许修改。通过观察静力弹塑性分析结果,可发现结构在极限安全地震作用下的位移响应远小于规范限制,结构偏于安全。
再其次,对实际工程主体结构进行了时程分析,选取了合适的计算方法、力学模型、地震波,利用有限元软件建立有限元模型,并且进行了极限安全地震作用下的弹塑性时程分析。通过与静力弹塑性结果的对比,同时验证了两种方法的正确性。
最后,通过两者比较,总结了结构抗震性能。通过对比两种分析方法的输出结果,评价结构的抗震性能,给出工程上的建议。针对具体工程出现的问题,提出改进方法,为以后的探索研究提供参考。