反应谱法在核电厂管道地震分析中的应用
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摘 要：核电厂常规岛管道地震分析一般采用等效静力法、反应谱法和时程分析法，反应谱法是其中最常用的一种方法。以某核电厂的4号低压加热器抽汽管道为例，采用CAESARII管道应力分析软件，介绍反应谱法的具体应用。
中图分类号：TU311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（c）-0091-02
我国“十二五”规划中，明确了大力发展清洁能源的战略目标。为减小碳排量，核电厂在我国的能源比例将越来越大。在2011年日本大地震引起海啸和核危机后，世界各核电厂对安全性评价都提出了更高的要求，均加强了对地震的分析设计。专业管道应力分析软件CAESARII被广泛地应用于石化、电力、钢铁等行业。本文以某核电厂常规岛4号低压加热器抽汽管道为例，介绍采用CAESARII软件对地震荷载进行反应谱分析的方法。
1 反应谱法
地震反应谱就是体系在地震作用下，某个最大反应量（位移，速度，加速度等）与体系自振周期的关系曲线。地震反应谱法是利用振型分解法，将多自由度体系的地震反应转化为单自由度体系来进行分析；得出管道在地震作用下的反应值，包括位移、应力和对设备的推力和推力矩；通过调整支吊架设计或管道布置等方法，以满足规范应力与设备允许推力和推力矩的要求。
1.1 单自由度体系地震反应
单自由度弹性体系在地震作用下的运动方程如下式所示[1]。
由于上式中是随机过程，目前常用的方法是把加速度时程曲线划分为的时段而对运动方程进行逐步积分，从而求出地震反应。逐步积分方法的基本原理是将地震持续时间分割成许多微小的时段，相隔时间步长，然后在每个时间间隔内把体系当成线性体系来计算，逐步求出体系在各个时刻的反应。
1.2 多自由度体系的地震反应
假定管道体系的地震反应是弹性的，并不考虑非线性等影响，同时离散管道元件的质量，得如下表示的管道地震运动方程[1]。
由上述分析可知，振型分解法其实就是将各个主振型分量加以叠加，从而得出质点的总位移，故又称为振型叠加或振型组合。由于各振型最大反应不在同一时刻发生，依据随机理论分析，通常采用平方和开方的方法（SRSS法）计算体系的最大地震反应[2]。
2 具体实例
2.1 设计模型
某核电厂常规岛的4号低压加热器抽汽管道的模型如图1所示。汽机抽气口的管道规格为OD610x9.53，母管规格OD914×12.7 mm，材质均为A691Cr1-1/4CL22，设计参数为1 MPa·g 249 ℃。
汽轮机基座和主厂房的地震反应谱不同，抽汽管的支吊架生根点也跨越了不同楼层，所以计算中考虑了不同支撑点的不同地震反应谱的影响，同时计入生根点处相对位移的影响[3]。不同区域及楼层的地震反应谱和地震相对（附加）位移如表1和表2所示。
2.2 结果及修正
由表3的计算结果可知，地震对汽机抽汽接口的推力及推力矩超过了汽机厂的允许范围。为降低地震对汽机抽汽接口的作用，同时尽量不影响到静态的计算结果，为此需要增加阻尼器。考虑到Y向力大，并结合管道各处的热位移和结构生根，选择在节点120和150之间增加-个Y向阻尼支架。修正后的管道局部模型如图1所示。支吊架调整后的计算结果如表3所示，对汽机抽汽接口的推力及推力矩可以满足汽机厂的要求。
3 结论
地震作用对管道或传到设备的推力不小，管道设计时应该进行抗震设计；基于CASESARII管道应力分析软件，采用地震反应谱法可以很好的对地震进行分析；合理增加阻尼器能够有效地降低地震作用的影响。
参考文献
[1] 胡聿贤.地震工程学[M].北京：地震出版社，1988.
[2] 中华人民共和国国家标准.GB50267-97，核电厂抗震设计规范[S].
[3] 中华人民共和国国家标准.GB50011-2007，建筑抗震设计规范[S].