一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107386311 A(43)申请公布日 2017.11.24

(21)申请号 201710485753.X(22)申请日 2017.06.23

(71)申请人 中国核电工程有限公司

地址 100840 北京市海淀区西三环北路117

号(72)发明人 刘敏　杨建华　顾祥林　林峰　

孔庆勋　刘焰　(74)专利代理机构 北京天悦专利代理事务所

(普通合伙) 11311

代理人 任晓航　屈献庄(51)Int.Cl.

E02D 27/34(2006.01)E04H 9/02(2006.01)E04H 5/02(2006.01)E04H 5/12(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图1页

()发明名称

一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法

(57)摘要

本发明属于核设施结构减振领域，具体涉及一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法，用于核电厂厂区规划时确定反应堆的安全壳所在的核岛区、冷却塔所在的非核岛区之间的覆土层的厚度和范围，包括如下步骤：S1，计算由所述非核岛区内的所述冷却塔倒塌引起的所述核岛区内的关注点的地面振动数值；S2，计算所述覆土层的厚度和范围；S3，在所述冷却塔周围地基上覆盖计算得到的厚度的所述覆土层。该方法能够有效减小因为冷却塔倒塌造成的地面振动对核岛区的影响，确保核岛区的安全，具有方法经济、维护费用少、实施简单、可行性强的优点。

CN 107386311 ACN 107386311 A

权　利　要　求　书

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1.一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法，用于核电厂厂区规划时确定反应堆的安全壳所在的核岛区、冷却塔所在的非核岛区之间的覆土层的厚度和范围，包括如下步骤：

(S1)计算由所述非核岛区内的所述冷却塔倒塌引起的所述核岛区内的关注点的地面振动数值；

(S2)计算所述覆土层的厚度和范围；

(S3)在所述冷却塔周围地基上覆盖计算得到的厚度的所述覆土层；在步骤(S1)中，当所述冷却塔高度为200-215米、重量为87500-174000吨、且所述冷却塔的地面中心点距离所述核岛区的所述关注点200-500米时，使用如下公式计算所述地面振动数值：

其中，

amax为地面振动加速度峰值；

R为所述关注点与所述冷却塔的地面中心点的距离；vs为所述核电厂计算厂区的地基的剪切波速；k、m和n为曲面形状参数；μ为覆土深度修正系数；e为自然常数；为荷载修正系数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是：在步骤(S1)中计算所述地面振动数值之前还包括在所述核电厂厂区规划时，在岩石或硬土上划定所述核岛区。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是：在步骤(S2)中计算所述覆土层的厚度和范围之前，还包括判断所述关注点的地面振动数值是否危害所述核岛区内核安全相关物相的安全运行，如果是，则需采用所述覆土层进行减振。

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说　明　书

一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法

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技术领域

[0001]本发明属于核设施结构减振领域，具体涉及一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法。

背景技术

[0002]在内陆地区建造核电厂时，因工艺要求，需要同时建造冷却塔。从经济因素和厂区面积受限两方面考虑，相比建造数量较多的小型冷却塔而言，建造数量较少的大型冷却塔是合理的选择。我国目前处于研究的桃花江、彭泽等核电厂中，冷却塔均采用高200-215米左右、总重87500-174000吨左右的一个或若干个大型冷却塔方案。[0003]如此大型的冷却塔出现在内陆核电厂中是过去没有的。一个后果是，需要关注偶然荷载作用下冷却塔倒塌引起的次生灾害。考虑的偶然荷载包括显著高于设防烈度的地震、飞机撞击、强风等。次生灾害包括地面振动、碎片冲击等。这些次生灾害可能会影响核岛内核设施的安全运行。可见，有必要发展地面振动的减振技术。发明内容

[0004]本发明提出采用覆土层的减振技术。这种技术与地震工程中的抗震或减震技术不同。在地震工程中，震动源来自地下。为达到抗震或减震目的，厂区应尽可能全部位于岩石或硬土区域。而在针对结构倒塌致地面振动的覆土层减振技术中，振动源来自结构解体后的碎片与地面的撞击而产生的地表振动和地表波的传播。考虑到块体撞击软土所激发和传播的振动，均显著弱于硬土或岩石的情况，故强调地面振动区域应采用软弱覆土。由于内陆核电厂一般选址位于大河或大湖岸边，地势较低。为防汛要求，施工时一般需要大量填土以抬高地势，故采用覆土减振技术的方案具有可行性强、费用低的优点，并且可以根据减振目标，精确地确定解决方案。[0005]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法，用于核电厂厂区规划时确定反应堆的安全壳所在的核岛区、冷却塔所在的非核岛区之间的覆土层的厚度和范围，包括如下步骤：[0006](S1)计算由所述非核岛区内的所述冷却塔倒塌引起的所述核岛区内的关注点的地面振动数值；[0007](S2)计算所述覆土层的厚度和范围；[0008](S3)在所述冷却塔周围地基上覆盖计算得到的厚度的所述覆土层。[0009]在步骤(S1)中，当所述冷却塔高度为200-215米、重量为87500-174000吨、且所述冷却塔的地面中心点距离所述核岛区的所述关注点200-500米时，使用如下公式计算所述地面振动数值：

[0010][0011][0012]

其中，

amax为地面振动加速度峰值；

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R为所述关注点与所述冷却塔的地面中心点的距离；vs为所述核电厂计算厂区的地基的剪切波速；k、m和n为曲面形状参数；μ为覆土深度修正系数；e为自然常数；为荷载修正系数。

进一步，在步骤(S1)中计算所述地面振动数值之前还包括在所述核电厂厂区规划

时，在岩石或硬土上划定所述核岛区。[0020]进一步，在步骤(S2)中计算所述覆土层的厚度和范围之前，还包括判断所述关注点的地面振动数值是否危害所述核岛区内核安全相关物相的安全运行，如果是，则需采用所述覆土层进行减振。

[0021]本发明的有益效果在于：

[0022]1.能够有效减小因为冷却塔倒塌造成的地面振动对核岛区的影响，确保核岛区的安全；

[0023]2.方法经济、维护费用少；[0024]3.实施简单、可行性强。附图说明

[0025]图1是本发明具体实施方式中设置了一定厚度覆土层的核电厂区剖面图；[0026]图2是本发明具体实施方式中设置了一定厚度覆土层的核电厂区平面图；[0027]图中：1-冷却塔，2-安全壳，3-无覆土区土体，4-覆土区，5-覆土区下土层，6-非核岛区，7-倒塌范围，8-核岛区。具体实施方式

[0028]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

[0029]本发明提供一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法。通过在振动源及振动传播区域设置一定厚度的覆土层，可显著地减弱地表振动。[0030]采用覆土层减振技术的原理如下：[0031]如图1、2所示，(1)冷却塔1倒塌解体后，在倒塌范围7内，碎片与地面发生碰撞从而激发土体振动。由碰撞理论可知，如果被碰撞物是岩石类等较硬的土体，则振动强烈。而如果被碰撞物是覆土类等较软弱的土体，则振动相对较弱。[0032](2)振动源激起的振动，经土体介质传播后到达核岛区8。如果传播的介质是覆土，则相比岩石硬土而言具有较高的阻尼，可在一定程度上削弱振动的传播。[0033](3)碎片撞击地面激起的是地表波，其主要成分是瑞雷波。瑞雷波的主要传播能量主要集中在上部0.33-0.5波长的范围内，故设置一定厚度的覆土就可以达到较理想的效果。覆土区下土层5仍保持原状土。[0034](4)覆土区4设置在振动源(冷却塔1)传播至核岛区8所经过的区域，在其他区域(如图中无覆土区土体3)是否设置覆土，对减振效果影响不大。可能的影响来自不同土层界面的反射，但对减振不起显著作用。

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CN 107386311 A[0035]

说　明　书

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基于上述原理，本发明提供的一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法，用于

核电厂厂区规划时确定反应堆的安全壳2所在的核岛区8与冷却塔1所在的非核岛区6之间的覆土层的厚度和范围，包括如下步骤：[0036]步骤S1，在核电厂厂区规划时，在岩石或硬土上优先划定核岛区8；

[0037]计算由非核岛区6内的冷却塔1倒塌引起的核岛区内8的关注点的地面振动数值；例如关注点可以是核岛区8内的安全壳2；[0038]在步骤S1中，当冷却塔1高度为200-215米、重量为87500-174000吨、且冷却塔1的地面中心点距离核岛区的关注点200-500米时(冷却塔类型包括湿冷塔和空冷塔)，使用如下地面振动加速度峰值公式计算地面振动数值：

[0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045][0046][0047][0048]

其中，

amax为地面振动加速度峰值(单位：m/s2)；

R为关注点与冷却塔的地面中心点的距离(单位：m，200≤R≤500)；vs为核电厂计算厂区的地基的剪切波速(单位：m/s)；k、m和n为曲面形状参数(见表1)；μ为覆土深度修正系数(见表2)；e为自然常数；

为荷载修正系数(见表3)。

步骤S2，判断关注点的地面振动数值是否危害核岛区8内核安全相关物相的安全

运行，如果是，则需考虑采用覆土层进行减振；[0049]计算覆土层的厚度和范围；需要满足冷却塔倒塌后的“关注点”的地震水平小于其本身设计采用的地震水平。根据核电厂厂区土体情况和减振要求，通过地面振动加速度峰值公式反复试算确定。[0050]步骤S3，在冷却塔周围地基上覆盖计算得到的厚度的覆土层，一般核电厂的“关注处”的地震水平amax是明确的，如果确定了“关注处”与冷却塔之间的距离R，就可以采用此地面振动加速度峰值公式反算确定覆土层的厚度和范围。[0051]表1地面振动加速度峰值表达式中k、m和n系数取值

[0052]

[0053][00]

注：冷却塔的高度和重量如在表中数据之间，k、m和n系数可线性插值。

表2覆土深度修正系数μ

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CN 107386311 A

说　明　书

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[0055]

[0056][0057]*注：当覆土深度为0时，μ＝1。表3荷载修正系数

[0058]

最后，举例说明本发明所提供的一种针对核电厂冷却塔倒塌的地面减振方法在实

际当中的应用。

[0060]某规划中的内陆核电厂冷却塔高215米，重174000吨，距离核岛区最近300米。核岛区要求地面振动径向和竖向加速度峰值分别不得超过3m/s2和3.5m/s2。核电厂厂区土体为基岩，剪切波速2400m/s。根据地面振动加速度峰值公式得到距离冷却塔地面中心点300米处地面振动加速度峰值如表4所示。采用5米厚度和10米厚度的覆土层得到的减振效果也同时列于表4中。可见，5米厚度的覆土层减振效果达13％-46％，10米厚度的覆土层减振效果达39％-58％，减振效果明显。

[0061]

[0059]

[0062]

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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