[科普中国]-核电厂反应堆厂房

抗震稳定性研究

计算方法

考虑到D级、断层等地基材料具有强烈的非线性特性，分别采用增量线性静力有限元方法和等效线性动力有限元方法来进行结构一地基系统的初始应力分析和地震反应分析。并且，在初始应力计算中，通过对地基的开挖与填筑、电站建筑物建造过程的模拟来考虑这些因素对初始应力的影响。地震反应分析采用SuperFLUSH通用软件。该软件具有以下特点:利用等效线性方法考虑地基剪切模量与阻尼比随剪应变的非线性变化关系;采用频域复反应法计算地震激励响应，通过傅里叶逆变换来求时域响应;模型两侧可设置能量传递边界、底部可设置劲性边界，以较好地模拟波动的逸散效应。1

有限元模型

地基和上部结构均属三维问题。考虑到地质条件的复杂性和不确定性，同时为了减少计算工作量，故一般按二维问题来处理。有限元模型如图3所示，地基左右两侧及深度方向各取反应堆厂房基础横截面尺寸的两倍左右的计算范围。有限元模型底面采用半无限地基劲性边界，侧面采用能量传递边界。为了能够较真实地反映地震过程中核电站上部结构对基础板的约束作用，采用杆件单元、固体单元和集中质量组合来模拟核电站上部结构，其材料特性通过与集中质量模型具有同等振动模态特性的条件来确定。1

筏基钢筋笼模块化施工技术国外核电站筏基钢筋笼模块化技术

核电工程采用模块化技术可以追溯到20世纪80年代初期，美国Bechtel公司计划将核潜艇模块化建造的成功经验应用于核电工程，并进行了大量的基础研究。此后Bechtel公司将模块化设计和建造理念推向正在大力发展核电的日本，与日立公司一起进行核电工程模块化技术的应用研究和试验。
在日立公司参与的日本23台沸水堆(boiling water reactors,BWR)及先进型沸水堆(advanced boiling water reactors,ABWR)核电机组中的16台机组的设计、建造中，模块化设计的模块数由最初(80年代)的18个增加到按ABWR核电机组设计的235个，其中包括筏基钢筋笼模块,(直径为43 m,高为4. 5 m、总质量为650 t)。筏基钢筋笼模块化施工技术的采用为ABWR核电机组48个月标准工期的实现做出了贡献。日本是目前核电工程模块化施工技术最成熟、应用范围最广的国家。3

筏基钢筋笼概况及施工现状

反应堆厂房筏基为半径19. 75 m，厚5. 50 m的圆柱体，其上部设计成环向截锥体。筏基内设有7层钢筋网片，每层钢筋网片分别由中间正交钢筋网片和边部环向与径向钢筋网片组成。各层钢筋之间布置竖向钢筋，截锥体处布置斜向钢筋，圆周向布置预应力钢管。筏基分5层浇筑，分层标高及各层的钢筋网片如表1所示。钢筋总用量约为1 150 t，其中网片钢筋为670 t,竖向钢筋及加强筋为480 t。

目前在建核电站一般都采用A,B,C层现场整体绑扎钢筋，3层1次浇筑混凝土，待其达到一定强度后，再绑扎D层钢筋，浇筑D层混凝土，依此类推，完成全部浇筑的方法。此法工期约为150天(不含A,B,C层筏基钢筋笼45天的绑扎时间)。3

筏基钢筋笼4种模块化设计方案

筏基钢筋笼模块化设计研究的原则是:在尽可能少地改变原有设计的基础上，研究实施模块化施工的可行性并提出设计方案。实施模块化施工的目的是将钢筋绑扎工序由现场改为场外，再整体吊装就位，使在筏基基础开挖的同时绑扎钢筋笼成为可能，从而缩短建设工期。结合工程实际需要，考虑现有施工水平及借鉴日本实施钢衬里模块化施工的成功经验，提出如下先易后难的4种方案。3

1.单层钢筋网片预制模块(方案一)

一10. 00 m标高钢筋网片为1个模块，场外绑扎。整体模块吊装就位后，在现场绑扎斜向钢筋、竖向钢筋、预应力钢管及刚性马橙筋等。同时在场外绑扎一8. 80 m层钢筋网片，也作为1个模块，绑扎好后吊装就位。如上所述依次预制、吊装、现场绑扎，完成-7. 00, -6.20 m层钢筋网片模块施工。上部筏基采用现场绑扎钢筋的方式施工。

优点:设计改动小，能够缩短工期，容易实施，施工顺序及场地利用合理。

缺点:工期相对缩短较少，同一时段需要增加施工人员。3

2. A,B,C层整体预制成模块(方案二)

一10.00, -8. 80, -7.00, -6.20 m标高钢筋网片及竖向钢筋场外整体预制成模块，待场地达到施工要求时将该钢筋笼模块整体吊装就位。D,E层采用现场绑扎钢筋方式。

优点:缩短工期较多。

缺点:钢筋笼质量约935 t，对吊车要求高。竖向预应力喇叭口与钢筋笼中预应力钢管的对接精度要求高。3

3. A,B,C层中心正交钢筋笼预制成整体模块，环向钢筋笼预制成分模块(方案三)

将A,B,C层中间正交钢筋笼场外绑扎，预制成整体模块，环向钢筋笼场外预制成4个分模块。待场地达到施工要求后先吊装就位中间正交钢筋笼整体模块，再分别吊装4个环向钢筋笼分模块。D,E层采用现场绑扎钢筋的方式。

优点:可缩短工期，便于周围预应力管束施工，吊具直径小，最大吊装质量为340 t。

缺点:先吊装中心钢筋笼，致使环向钢筋笼安装有一定难度。3

4.筏基钢筋笼整体预制成模块(方案四)

筏基钢筋笼(包括所有钢筋)场外整体预制成模块，待场地达到施工要求时，整体1次吊装就位，1次浇筑混凝土。

优点:可以最大程度地缩短工期。

缺点:整体钢筋笼质量近1 200 t，需要大吨位吊车。预应力管束就位对接精度要求高。钢衬里底板支撑系统需要整体绑扎就位，内部仪表等需要预先安装，增加了施工难度。3

楼层反应谱分析土-结构相互作用计算分析方法

土-结构相互作用分析经过几十年的发展，形成了很多分析方法。按对结构系统不同的处理方法，可以划分为直接法和子结构法。直接法和子结构法是各相关学科分析相互作用时较常用的方法，具有概念清晰、物理意交明确的价点。

1.直接法
所谓直接法，就是将场地土、基础和上部厂房结构看作一个整体一并计算。直接法通常采用数值法或半解析法求解，常用的数值法或半解析法主要有有限元法、无穷元法等。地震动输入应使基岩露头处自由场地表面的地震动达到要求的设计值，在计算模型底部垂直输入设计地震加速度的一半，则自由地面的地震加速度达到设计值。地震波动的输入是通过粘弹性边界和等效荷载共同实现的，作用在于模拟实际波场的应力边界条件，通过完全积分法进行求解，一步即可求得上部厂房结构节点的绝对响应。2

2.子结构法
所谓子结构法，就是将地基和上部厂房结构看作两个或者多个子结构，对每个子结构独立地进行分析。一般步骤是，首先用解析方法或者其他数值方法求得无限地基的动力刚度，然后将结构一地基交界面上的相互作用力-位移关系代入到结构的运动方程中进行求解。这种方法的关键就是求解地基的动力刚度。2