李廣輝
摘 要:隔震技術是科技發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物,屬于結構抗震技術中的一種,將隔震技術應用到工程中,可以有效強化抗震減災能力,在保證建筑本體結構完整的同時,還可以防止非結構構件及結構內(nèi)部相關設施出現(xiàn)被破壞的情況。為更好的了解隔震技術的作用,本文將從基底隔震技術基本情況入手,聯(lián)系將隔震技術應用到核電工程中的意義,重點研究該技術在核電工程中的應用。
關鍵詞:核電工程;隔震技術;應用
對于隔震技術來說,已經(jīng)相對成熟,被廣泛應用于世界各地,有效減少了地震給建筑及其內(nèi)部物體所造成的損害。核電工程是我國一項十分重要的工程,為保證核電工程安全也需要隔震技術的應用,但在實現(xiàn)這一目標的過程中還存在一些困難,容易受到很多限制,然而,將隔震技術應用到核電工程中卻可以提高工程穩(wěn)定性與安全性,因此,有必要研究隔震技術在核電工程中的應用情況。
1 基底隔震技術概述
所謂的基底隔震就是在結構底部和基礎面之間設計一定的隔震裝置,以便更好的承擔起結構豎向荷載,由于其側(cè)向剛度較低,可以延長結構自振時間,降低上部結構地震反應,只有這樣才能保證上部結構安全,進而防止建筑結構少受地震破壞?,F(xiàn)階段,在隔震裝置中,其主要構成部分為橡膠支座和阻尼裝置。隨著科學技術的發(fā)展,隔震技術也得以快速發(fā)展,之所以會取得這樣的成就主要在于其性能良好[1]。一般來講,主要是由于其具有以下特點:第一,可以有效減輕地震反應。應用隔震技術的建筑,在強震作用下,所表現(xiàn)出來的地震反應最高為傳統(tǒng)地震反應的1/6,最低僅為1/3。第二,具有良好的抗震形態(tài)。其原因在于隔震層可以降低地基地震力,也就是在即便受到強烈地震,其上部結構也能夠處于彈性工作狀態(tài)職工,這樣不僅可以保證結構形態(tài)良好,還可以保護室內(nèi)人員生命安全。第三,造價合理。據(jù)權威部門估計,將隔震裝置應用到建筑中,所需投入成本減少,僅為總體造價的5%。
2 將隔震技術應用到核電工程中的意義
為保證核電工程安全可靠,也為隔震技術在核電工程中的應用帶來了一些挑戰(zhàn),但同時也帶來了發(fā)展機遇。將隔震技術應用到核電工程中的意義主要表現(xiàn)在以下幾點:
第一,提高了核電工程安全性。在隔震技術被應用以后,可以明顯減小上傳地震力,使得核電工程所受到的地震力明顯減少,核電工程也不會再受到影響。通過這樣的方式可以使核電工程更加安全。
第二,促使管道與組件的設計實現(xiàn)去耦化。將隔震技術應用到核電工程中,可以使廠房設計更加簡化,同時也可以將地震力逐漸弱化,防止各個結構與部件之間發(fā)生耦合的情況,這對實現(xiàn)核電工程標準化具有,減少核電成本具有重要作用。
第三,能夠為高烈度地區(qū)核電工程建設提供合適的解決方案。通過這樣的方式可以減少地震給高烈度地區(qū)核電工程所帶來的不利影響,但在將隔震技術應用到該地區(qū)的過程中,需要投出大量資金,且還有很多技術性難題有待解決。
第四,有利于減少抗震設計中所存在的不確定因素。將隔震技術應用到核電工程中可以有效減少抗震設計中的不利因素。如美國在建設核電廠的過程中就對地震危險性進行了研究,了解到高頻段譜值比原有譜值要高一些,不僅在美國核電工程建設中有這樣的發(fā)現(xiàn),在我國的核電工程建設中也要這樣的情況,盡管并不了解高頻分量給建筑結構所帶來的影響,但在隔震技術被應用以后,卻可以將這一問題徹底解決[2]。
3 核電工程應用隔震技術的應用研究
雖然隔震技術早已經(jīng)被提出,但隔震技術在核電廠中的應用卻不多,現(xiàn)階段,真正投入建設且正式運行的帶有隔震技術的核電工程只有兩個,共有六個壓水反應堆,這兩個核電工程分別位于法國與南非。
對于法國的Cruas核電工程來說,最早建設在上世紀七十年代末期,屬于世界第一個擁有隔震技術的核電工程。Cruas核電廠正式投入使用是在1984年,在該核電廠投入使用以后,法國的供電能力也明顯增強,極大的滿足了人們的用電需求。在冷卻中主要依靠羅納河水,共有四座壓水反應堆,均為900兆瓦,且在不同的反應堆上安裝1800個隔震墊,所有隔震墊的材質(zhì)都為橡膠,尺寸也完全相同[3]。在隔震技術被應用到核電工程以后,即便該地區(qū)發(fā)生地震,核電工程也不會受到較大影響。其實,將隔震技術應用到核電工程中,主要是為了將地震活動較低地區(qū)的反應堆設計應用到地震活動較為頻繁的地區(qū)[4]。
而南非的核電廠是整個非洲大陸地區(qū)獨有的核電廠,其建設情況與法國Cruas核電廠十分相似,原因也相同,同樣應用了隔震技術,但南非的核電廠也有一些內(nèi)容與法國的Cruas核電廠并不相同,如只有兩個反應堆,共有2000個橡膠墊,尺寸也不同于法國Cruas核電廠。同時,南非的核電廠在應用隔震墊塊的過程中,主要是在上下兩側(cè),且安裝了滑動面,其上表面主要構成材料為經(jīng)過拋光的不銹鋼,而下表面則是鉛與銅合金板。在上下層出現(xiàn)滑動以后,就可以將力傳遞給反應堆中的壓力容器中,這樣側(cè)向力就不會超越滑動界面而產(chǎn)生摩擦力。
在使用一定時間以后,現(xiàn)有隔震墊逐漸表現(xiàn)出難以使用核反應堆的情況,且不能在核反應堆相關設施中使用。通過研究發(fā)現(xiàn),這主要與隔震墊材質(zhì)與性能有關,如對于法國的Cruas核電廠來說,其隔震墊的材質(zhì)為合成氯丁橡膠,很容易出現(xiàn)老化的情況,且隨著時間延長,橡膠也會逐漸硬化,降低了隔震墊原有性能。通常的問題也出現(xiàn)在了南非核電廠中,由于南非核電廠所使用的隔震墊為雙金屬界面,在使用一段時間以后就出現(xiàn)了機械性能較差的情況,所以就需要及時更換。
因受壓水型反應堆外部結構過于堅硬、剛性較強等因素的影響,使得隔震技術在核電工程中的作用難以發(fā)揮出來,為改變這種情況,新型反應堆結構被研制出來,典型代表有4S小型反應堆、IRIS反應堆等,在這些反應堆中不僅有水冷式塔,還融入了隔震技術,由于隔震技術的應用,還有效弱化了地震反應給核電廠所帶來的不利影響,在降低了地震荷載的同時,也保證了核電工程安全性[5]。隨著科技的發(fā)展,發(fā)達國家也加大了對隔震技術的研究,并根據(jù)核電廠實際情況研究了反應堆,如美國與日本就對4S小型反應堆進行了共同研究,所應用的隔震墊材質(zhì)為鉛芯橡膠,在其水平方向上自振頻率也達到了0.5Hz左右,但該技術依然處于研究階段,還沒有真正投入使用。而對于IRIS反應堆的研究也是由美國與日本兩國帶頭研究,但卻是多國一同合作的產(chǎn)物,此項研究也正處于不斷發(fā)展階段。
4 結論
通過以上研究得知,隔震技術已經(jīng)成為現(xiàn)代核電工程建設中不可缺少的內(nèi)容,核電工程建設需要投入大量資金,建成后可以造福于社會,但如果因地震給核電工程造成損害,由此而來的損失將無法估計,然而,在隔震技術應用到核電工程的過程中還存在一些不足,這就需要聯(lián)系實際情況做好進一步研究工作,加大隔震技術在核電工程建設中的應用,減少地震所帶來的不利影響,保護國家與人民生命財產(chǎn)不受損失。
參考文獻
[1]莊初立,張永山,汪大洋,魏陸順,韓啟浩. 核電站結構隔震研究進展[J]. 華南地震,2014,02:25-33.
[2]李忠誠,張濤,許波濤. 基底隔震技術用于核電廠廠房的問題研究[J]. 核動力工程,2014,04:21-26.
[3]董更蘭. 談建筑隔震技術在民用建筑工程中的應用[J]. 山西建筑,2015,08:54-55.
[4]吳應雄,盧夢超,吳小清. 基于價值工程的建筑應用隔震技術決策分析[J]. 土木工程與管理學報,2015,03:16-21.
[5]呂軍水. 國內(nèi)外隔震技術研究進展及其工程應用[J]. 山西建筑,2012,23:21-22.