[发明专利]双层安全壳大型核电站三维隔震结构

说明书

本发明涉及一种双层安全壳大型核电站三维隔震结构，将双层安全壳(内安全壳、外安全壳)的结构特点与隔震减震技术相结合，提出了外安全壳采用传统非隔震结构，有效防止外部撞击事件对核岛的不利影响；提出了核支撑结构及内安全壳与地基基础之间采用水平隔震方式连接，形成了基础隔震结构；修改了内安全壳与其内部结构连接形式，形成了TMD子结构，实现了基础隔震—调频质量阻尼(BIS‑TMD)隔震减震结构对水平地震的技术隔离；增加了防撞击结构，有效地防止了TMD子结构位移较大而发生坠落失效。

技术领域

本发明涉及一种三维隔震结构，特别是一种双层安全壳大型核电站三维隔震结构。

背景技术

目前，法国的P4、P’4和N4核电站，欧洲的EPR，俄罗斯的VVER，和美国的AP1000，中国的华龙一号都采用了双层安全壳。以华龙一号为例，其内安全壳采用带密封钢衬里的预应力钢筋混凝土结构，可以承受LOCA事故的高温与高压作用，并将放射性物质包容在内安全壳里面。外安全壳采用钢筋混凝土结构，可以抵抗大型商用飞机撞击、龙卷风飞射物、外部爆炸等外部作用，防止外部作用对内安全壳及核设施安全的影响，见图1所示。基于此，我国科研人员提出并实现了“安全壳内出事，安全壳外无事；安全壳外出事，安全壳内无事”的安全理念。遗憾的是，华龙一号采用了传统性的结构抗震形式，没有将其先进的安全理念应用在抗震领域。

针对核电站不允许在地震作用下出现核电站结构和设备出现破坏的特殊抗震要求，基于隔震减震动力学基本理论和技术，本发明挖掘了双层安全壳的结构潜力，提出了水平隔震与竖向隔震兼顾，充分发挥了BIS-TMD技术的优势，采用了竖向隔震技术并防止核设施的倾覆破坏，具有竖向隔震和水平隔震效果好、抗震鲁棒性稳定、防止竖向倾覆等性能，满足了核电站特殊抗震要求的三维隔震系统。

由于核电站结构位于同一场地，并且结构尺寸与地震相比属于小尺寸构件，可以假定核电站不用考虑地震空间差异性。将地震动分解为水平和竖向地震动，并且可以假定它们没有相关性。

针对外部撞击事件：维持外安全壳与基础固定连接的边界条件和结构几何尺寸组成，可以保持原设计外安全壳的力学性能和结构性能，有效地防止外部撞击事件(大飞机撞击)对核安全的影响。

针对水平地震动：理论分析和试验验证表明，BIS-TMD可以显著地降低水平地震对结构的影响。BIS-TMD结构的BIS基础隔震作用，延长了结构周期，避免了短频率地震频谱分量的影响；TMD的吸振作用，有效地减小了长周期地震频谱分量对基础隔震共振的影响。理论分析和试验都表明，BIS-TMD结构可以有效地减小结构的地震响应。通过修改华龙一号结构各部分之间的连接方式，就可以形成BIS-TMD结构。

针对竖向地震动：理论分析表明，通过延长结构的竖向周期，避开场地的竖向周期，可以显著的降低结构竖向地震响应。根据结构动力学基本理论可知，适当的增加结构的竖向阻尼比，也可以降低结构的竖向地震响应。基于水平基础隔震，通过水平方向固定、竖向弹簧的竖向隔震支座，可以实现核支撑结构的竖向隔震。

防止倾覆破坏：为了防止核支撑结构的侧向倾覆，通过提供水平支撑可以较好地解决此问题。由于内安全壳与核支撑结构都是在同一基础隔震底板上，具有很小的相对位移和加速度，可以应用内安全壳提供稳定的水平支撑，防止核支撑结构发生倾覆破坏。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是针对核电站特殊抗震要求，地震动三维振动及其随机性强的实际情况，提供一种结构形式和体系符合结构动力学原理和地震工程要求，显著地提高了核设施及其核支撑结构的抗震安全性的双层安全壳大型核电站三维隔震结构。