CC BY
29
Механика деформируемого твердого тела 1814 Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (4), с. 1814-1816
УДК 539.3
УЧЕТ ПЕРВИЧНОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ ГРУНТА ПРИ СЕЙСМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НАСОСНУЮ СТАНЦИЮ
© 2011 г. В.В. Турилов
ОАО «Нижегородская инжиниринговая компания «Атомэнергопроекг»
Поступила в редакцию 15.06.2011
Работа посвящена учету первичной нелинейности грунта при сейсмическом воздействии уровня проектного землетрясения на объединенную насосную станцию блока 3 Ростовской АЭС. Применяется эквивалентный линейный метод, при котором выполняется одномерный итеративный анализ распространения волн. Используется прямое и обратное преобразование Фурье по временной переменной. Результатом исследования является акселерограмма на «отрытой» поверхности грунта на отметке заложения фундамента, задающая сейсмическое воздействие на насосную станцию.
Ключевые слова: сейсмическое воздействие, первичная нелинейность грунта, преобразование Фурье по времени, эквивалентный линейный метод.
В соответствии с [1] при взаимодействии здания (сооружения) с грунтовым основанием выделяют два типа нелинейного поведения грунта: первичную нелинейность, вызванную прохождением сейсмических волн в толще грунта, и вторичную нелинейность, возникающую в результате взаимодействия сооружения с грунтом в зоне их контакта.
Рассматривается один из способов учета первичной нелинейности поведения грунта при сейсмическом воздействии на объединенную насосную станцию (ОНС) блока 3 Ростовской АЭС.
ОНС имеет вторую категорию сейсмостойкости по классификации [2], в связи с чем рассматривается сейсмическое воздействие на нее уровня проектного землетрясения (ПЗ) [2].
Модель грунтового основания ОНС предполагается имеющей слоистую структуру с горизонтальными границами слоев. Каждый слой грунта характеризуется следующими параметрами: толщиной, скоростями продольных и поперечных упругих волн, плотностью, нелинейными зависимостями модуля сдвига и затухания от деформации сдвига.
Принимается гипотеза вертикального распространения сейсмических волн [1].
Интенсивность ПЗ для площадки Ростовской АЭС составляет 6 баллов по шкале MSK-64. Сейсмическое воздействие задается трехкомпонент-ной синтезированной акселерограммой на свободной поверхности грунта [3]. Длительность воздействия составляет 6.42 с. Шаг оцифровки компонент равен 0.01 с. Максимальные ускорения в го -
ризонтальных направлениях составляют 0.05^, в вертикальном направлении — 0.033^.
Из гипотезы о вертикальном распространении сейсмических волн следует, что горизонтальные компоненты акселерограммы обусловлены вертикально распространяющимися поперечными упругими волнами, а вертикальная компонента — вертикально распространяющейся продольной волной.
При анализе распространения поперечных волн используется эквивалентный линейный подход для учета нелинейных зависимостей модулей сдвига и затуханий в грунтовых слоях от деформаций сдвига.
Рассмотрен обобщенный разрез основания в месте расположения ОНС. При этом данные о значениях скоростей продольных (у^ и поперечных (V ) волн для различных грунтовых слоев приняты в соответствии с [4]. Зависимости относительного модуля сдвига и относительного демпфирования для наиболее типичных грунтов даны в [5]. На рис. 1, 2 для примера приведены указанные зависимости для глин.
ОНС заглублена в грунт на 16 м. Сейсмическое воздействие на ОНС определялось на свободной («отрытой») поверхности грунта на уровне заложения фундамента ОНС. Для этого была применена следующая методика.
Сначала для модели грунтового основания в естественном состоянии по заданной акселерограмме на свободной поверхности грунта определялось воздействие на обнаженной поверхности коренных пород. Затем строилась модель ос-
Учет первичной нелинейности грунта при сейсмическом воздействии на насосную станцию
1815
Зависимость коэффициента демпфирования от уровня деформации сдвига
Рис. 1
25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 Деформация сдвига (%)
Рис. 2
нования с удаленными до уровня заложения фундамента ОНС слоями грунта. По данной модели при определенной акселерограмме на обнаженной поверхности коренных пород рассчитывалась акселерограмма для «отрытой» на уровне заложения фундамента ОНС поверхности грунта.
В расчетах применялась программа 8ИЛКБ91 [6], реализующая эквивалентный линейный метод, при котором выполняется одномерный итеративный анализ распространения волн. При этом используется преобразование Фурье по временной переменной, сводящее решение задачи во временной области к ряду решений соответствующих задач в частотной области, после чего решение во времени получается с помощью обратного преобразования Фурье. В программе реализовано эффективное с вычислительной точки зрения быстрое преобразование Фурье.
Исходные грунтовые слои были разбиты по толщине на подслои в соответствии с рекомендациями [6]. При определении воздействия на отметке заложения фундамента ОНС одна из границ подслоев была размещена на уровне подошвы фундаментной плиты ОНС.
Для горизонтальных компонент исходной акселерограммы вычисления производились итерационно с учетом изменения модуля сдвига О и относительного демпфирования в грунтовых слоях в зависимости от значений эффективных сдвиговых деформаций, достигнутых в слоях при сейсмическом воздействии. Значения модуля сдвига О0 в слоях при малых деформациях вычислялись по заданным значениям скорости поперечных волн ^ в слоях. Относительное демпфирование в грунтовых слоях при малых деформациях было принято равным 1%.
Максимальные ускорения компонент акселерограммы сейсмического воздействия на «отрытой» поверхности грунта на уровне подошвы фундаментной плиты ОНС в горизонтальных направ-
лениях составили 0.0440g и 0.0388g. С целью задания одинакового уровня сейсмического воздействия в двух ортогональных горизонтальных направлениях максимальные значения горизонтальных компонент расчетной акселерограммы были приведены к среднему значению 0.0414g.
Для вертикальной компоненты исходной акселерограммы итерации не выполнялись, поскольку данные компоненты обусловлены вертикально распространяющимися продольными волнами, не связанными с деформациями сдвига. При этом для слоев задавались значения скоростей продольных волн vp.
Максимальное ускорение в вертикальном направлении на «отрытой» поверхности грунта на уровне подошвы фундаментной плиты ОНС составило 0.0248g. Полученная описанным способом расчетная акселерограмма учитывает первичную нелинейность поведения грунта при сейсмическом воздействии уровня ПЗ и применяется для дальнейшего анализа взаимодействия ОНС с грунтовым основанием с применением импедансного метода [1].
Список литературы
1. AS CE 4-98 Seismic Analysis of Safety-Related Nuclear Structures and Commentary.
2. НП-031-01 Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций. М., 2001.
3. Уточнение сейсмических и тектонических условий размещения площадки Ростовской АЭС: Отчет о НИР / Автономная некоммерческая организация научный институт «Центр геофизических исследований». Учредитель: Объединенный институт физики Земли РАН. Москва, 2002.
4. Выполнение геотехнических исследований на площадке размещения основных сооружений Ростовской АЭС: Отчет о НИР / Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИС) Госстороя России. Москва, 1997.
1816
B.B. TypunoB
5. Working Material/Co-ordinated Research Program on/Benchmark Study for the Seismic Analysis and Testing of WWER-type Nuclear Power Plants/Volume 31 // IAEA, 1999.
6. SHAKE91. A Computer Program for Conducting Equivalent Linear Seismic Response Analyses of Horizontally Layered Soil Deposits. User's Manual. University of California, 1992.
THE ACCOUNT OF PRIMARY NONLINEARITY OF THE GROUND DURING A SEISMIC EFFECT
ON A PUMP STATION
V.V. Turilov
The primary nonlinearity of the ground in the event of a seismic effect of the earthquake level on the incorporated pump station of the Rostov NPP unit 3 is accounted for. The equivalent linear method is used where one-dimensional iterative analysis of the wave propagation is done. The direct and inverse Fourier transforms for a temporary variable are used. The result of the work is the acceleration time history on the foundation level which sets the seismic impact on the pump station.
Keywords: seismic impact, ground primary nonlinearity, Fourier transformation by temporary variable, equivalent linear method.
