浅谈核电基础隔震技术

黄杰华

(大连大学土木工程技术研究与开发中心 辽宁 大连 116622)

随着全球各国经济的不断发展，全球能源缺乏的问题尤为突出，核电作为一种清洁、安全和高效的能源，不仅能促进经济发展，还能对环境保护产生重要影响，故核电厂的发展是一种必然趋势。近年来，在日本由于地震的影响使得核安全事件陆续发生，特别是福岛核泄漏事故的发生，引起了专家和学者们的关注和研究，使世界各国纷纷开展核电厂的极限抗震能力研究，并且将基础隔震技术引入到核电抗震中。

由地震造成的核安全事故数不胜数，为避免同类事故的发生，将基础隔震技术引入和应用到核电厂当中，首先可以实现核电厂的抗震设计与建造标准化；
其次缩短建造周期，降低核电厂建设的成本；
最后使结构的抗震裕度得到提高，从而拥有超设计基准抗震能力。

基础隔震是一种良好的减震控震技术，将隔震装置设置在底层柱和基础的连接位置，基于隔震装置的变形来消耗地震能量，使动力变形减小，避免上部结构及设备遭受地震破坏。目前核电基础隔震的主要应用对象是核电厂中的反应堆厂房，此外，基础隔震也被应用到核电厂中的反应堆辅助建筑、燃料厂房以及各种核电设备当中。

在引入基础隔震技术的早期，隔震装置普遍使用带机械阻尼器天然橡胶支座，到现今，更多的是使用具有较大粘性的高阻尼橡胶支座、有较好塑性变形的铅芯橡胶支座等。在核电隔震设计上，学者们更多的是使用叠层铅芯橡胶支座。在实际核电项目中，橡胶支座与滑动支座组合的隔震支座体系也逐渐被应用了，如日本福岛第一核电站的“紧急应变中心”就采用了该体系来提高其抗震性能。

在1881年，基础隔震的概念首次由日本专家河合浩藏提出，后来将基础隔震成功应用到现实项目中的是美国的F.L.莱特，他基于东京帝国饭店的项目，提出了利用短桩基础结合软弱淤泥层当隔震层的方案，在后来的东京大地震中该饭店基本完好无损，展示了良好的抗震性，表明此次隔震设计相当成功。在早期阶段，尽管已经掌握了一定的隔震理论知识，但因为受限于当时的设备条件和科研水平，基础隔震的优势还未能被学者们充分认识，所以探索和推广基础隔震技术的步伐相当缓慢。

在现代阶段，高阻尼橡胶垫、叠层橡胶垫以及铅芯叠层橡胶垫等的成功研发，并在后来被应用为隔震装置，为基础隔震技术的发展提供了条件。新西兰是世界上首先将铅芯叠层橡胶垫应用到建筑物隔震中的国家，其应用对象是该国1984年建造的一栋四层高的建筑物；
一年之后，美国建成了该国第一座叠层橡胶垫隔震大楼；
随后在1986年，日本将铅芯橡胶垫应用到实际项目中，建成了一幢技术中心大楼。到目前为止，全球超过30个国家对基础隔震技术展开研究，并将其应用在桥梁工程、民用或商用建筑，甚至是核电等方面。在世界上，采用了基础隔震技术的建筑超过3000栋，其中使用叠层橡胶隔震垫的建筑占了绝大多数。

国内学者自上世纪60年代陆续开展关于基础隔震领域的探索，进入80年代以后，我国对基础隔震方面的重视程度越来越高，从早期对摩

擦滑移隔震构造的研究到后来对叠层铅芯橡胶支座的研究，都有了很大的突破。近些年来我国的学者们开始进行有关三维隔震技术的研究。

候钢领等[1]将基础隔震原理应用到某核电厂安全壳中并分析其减震效果。闫维明等[2]开展了在不同地震动输入的情况下，整体基础隔震核电结构的动力特性研究。候钢领等[3]提出了基础隔震—调频质量阻尼(BIS-TMD)抗震结构，并应用于双层安全壳核电站结构中，对其抗震性能进行分析。路立娜等[4]先后建立了采用基底隔震和无隔震的核电站厂房的三维有限元模型，并对其楼层反应谱进行对比分析。莊初立等[5]基于AP1000核岛有限元模型，引入基础隔震控制技术，对其在超设计地震作用下的震动控制效果进行研究。谭平等[6]对核电站CPR1000堆型反应堆厂房中应用基础隔震技术并进行隔震研究。戴颖楠等[7]以第四代核电站结构为研究对象，对其进行整体基础三维隔震地震反应分析。

虽然我国在关于核电厂隔震设计领域的相关规范仍处于尚未完善的阶段，但与橡胶支座有关的规范在我国陆续出台了，例如《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS 126-2001)、《叠层橡胶支座基础隔震建筑构造图集》(DBJT 25-99-2003)和《橡胶支座 第3部分：建筑隔震橡胶支座》(GB 20688.3-2006)等规范。

由于日本的地震活动比较活跃，因此在核电厂隔震方面的研究和应用比较多，而一些相应的规范也出台了。日本先是在2000年发布了《核电厂隔震结构设计技术指南》(JAEG 4614-2000)，并在九年后发布了《隔震结构审查规则指南》(JNES-SS-1001)。此外，在2007年发布的《核电厂地震作用下概率安全评价实施标准》(AESJ-SC-P006：2007)中有少量关于隔震的内容。

美国也出台了与隔震相关的规范。美国在1998年发布了ASCE 4—98《核电厂结构抗震分析及解说》，在2005年发布了ASCE 43—05《核设施结构、系统及组件的抗震设计标准》，在2006年发布了ACI 349—06《核安全相关混凝土结构的适用标准及评论》，直到2012年，发布了ANSI/AISC N690—12《核设施安全相关钢结构设计、制造及安装规范》。

本文简要的介绍了核电基础隔震技术的相关现状，目的在于为核电厂隔震的应用研究提供参考。根据目前基础隔震的发展形势可以预见，在未来很长时间内，基础隔震技术将会不断完善和优化。笔者认为，能同时在水平和竖直方向进行隔震的三维隔震支座是未来一个很好的研究方向。

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