核电厂设计地震动的确定及结构抗震安全关键问题研究

It is a major strategic policy to adopt of the nuclear power for the sustainability of China's energy. Insufficient earthquake safety of the nuclear power plant prevents the further implementation of the nuclear power applications. Such a state-of-art is due to the existing of many fundamental importance problems in nuclear power plant which need to be solved. The project will use theoretical analysis, statistical analysis, numerical simulation, and physical experiment to advance current knowledge. The near-fault effects on design ground motions, input ground motions for nuclear power plant based on the probabilistic severest real design ground motion, and next generation of seismic design spectrum for nuclear power plant are going to be investigated. It will propose robust numerical methods and models, and used them to explore the damage mechanisms of nuclear island under a number of complex seismic actions together with physical experiments. It will propose performance-based seismic design and evaluation methods for nuclear island. The isolated technique to nuclear island will be investigated and be verified in many seismic actions. Findings of the project will be useful to mitigate the earthquake hazards of nuclear power plant by providing powerful technical supports to the new-revised code on seismic design of nuclear power plant and enhancing the basic research level on the nuclear power plant. Finally, the young qualified experts in this field are going to be cultivated afterwards.

积极发展核电是我国能源长期发展的重大战略，地震安全已经严重影响了核能在我国的发展和应用，核电厂的地震安全存在众多基础性科学问题需深入研究。本项目将采用理论研究、统计分析、数值模拟及振动台试验相结合的方法，深入研究近断层效应对核电厂设计地震动的影响、基于概率最不利设计地震动的核电厂输入方法及新一代核电厂抗震设计谱的确定和优化方法；建立可靠的核岛结构数值分析模型，进行数值计算及物理试验，研究多种复杂地震荷载工况下核岛结构的破坏机理；建立基于性态的核岛结构抗震设计和抗震能力评估理论；探讨核岛隔震技术的可行性，研究核岛结构整体隔震的设计理论和方法，以及在各种地震荷载工况下的隔震效果。本项目将为新一代核电厂抗震设计规范的编制提供技术支撑，培养核电厂抗震研究方面的青年人才，提升我国核电厂抗震研究的基础科研能力，对保障核电厂的地震安全、减轻地震灾害具有重要的意义。

本项目对核电厂设计地震动的确定及结构抗震安全关键问题进行了深入系统的研究，取得了一系列有创新意义和应用前景的研究成果：1）揭示了近断层效应对核电厂设计地震动的影响，提出了一种等效实际地震动的模型，改进了考虑近断层效应的核电厂抗震设计谱，建立了累积绝对速度的衰减关系模型，提出了针对核电厂结构的多参数地震动潜在破坏势表达，发展了面向核电厂结构的最不利设计地震动；2）获得了主-次结构相互作用、土-结构相互作用、液-固耦合相互作用对核电厂地震反应的影响，获得了近断层地震动和主震-多次余震地震动作用下核电厂地震反应的特点，通过地震模拟振动台试验对核电厂的抗震性能进行了评估；3）提出了针对核电厂基于性态抗震设计的具体实现方法，给出了核电厂的地震风险分析方法；4）研究了核电厂整体隔震方案中隔震垫的配置方案；发展了核电厂隔震的设计方法；获得了隔震核电厂在长周期地震动及超设计地震动下的反应特点，通过核电厂隔震系统的地震模拟振动台试验验证了隔震的可行性。通过项目研究，发表SCI论文30篇，EI论文10篇，学术专著1部，专利1项；培养博士生2人，硕士生21人；培养项目组成员获得国家“优秀青年基金”、“青年长江学者”、“万人计划”领军人才的资助或者称号。成果为《核电厂抗震设计规范》的修订提供了重要的技术支撑，获得了重要的社会效益、有力促进了学科建设和发展，在核电厂抗震设计理论领域形成了新的研究方向。