地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用方法技术

本发明专利技术公开了一种管线上设备的地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用方法，对于管线上只需要保持完整性的刚性设备，基于地震加速度响应放大系数，导出的包络加速度如下a

【技术实现步骤摘要】
地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用方法


[0001]本专利技术具体涉及一种地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用方法。

技术介绍

[0002]核电厂有大量的安装于管线上的核级仪表和阀门。为了证明这些仪表或阀门(本专利技术中统称为设备)具有设计所要求的抗震能力，通常需要对它们开展抗震鉴定。抗震鉴定中这些设备的地震载荷输入的正确与否直接关系到抗震鉴定结果的有效性。核级阀门的地震载荷输入一般采用一个峰值约为4.5g的地震反应谱；某些核级仪表为了获得足够的保守性，地震载荷输入甚至采用峰值高达30g的地震反应谱。
[0003]规范《EJ1022.15-1996压水堆核电厂阀门抗震鉴定试验》中所描述，“6.3.5要求输入运动(RIM)由图1规定，图1上的加速度值并不包络所有核电厂的要求。对某一特定核电厂，阀门鉴定用的要求输入运动的加速度值由阀门技术规格书确定”。但是，在设计院向阀门厂家或仪表厂家提技术规格书时，往往没有给出具体的加速度谱或加速度值的要求。这就为制造厂家对所生产产品满足设计所需的抗震能力提出了难题。同时，在开展这些产品的抗震能力鉴定时，其地震载荷输入也成为了一个难题。问题的关键在于这些设备没有直接安装于厂房地板(若是直接安装于厂房地板，则设备的地震载荷输入可直接采用厂房的楼层谱)，而是安装于管线上。由于管线对于这些设备的响应的放大作为未知，从而造成这些设备的地震载荷输入未知。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
[0006]一种管线上设备的地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用方法，包括如下步骤：对于管线上只需要保持完整性的刚性设备，基于地震加速度响应放大系数，导出的包络加速度如下a
env
＝γ
×
ZPA；式中，a
env
为包络加速度，γ为管线上设备的地震加速度响应放大系数，ZPA为地震反应谱零周期加速度。
[0007]一种管线上设备的地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用，包括如下步骤：对于管线上需要在抗震鉴定中通过抗震试验验证可运行性的设备，通过放大系数γ，对楼层反应谱进行调整，作为抗震试验的地震输入；所述调整方法为将原始楼层反应谱的ZPA乘以放大系数γ，得到新的楼层反应谱的ZPA，其它控制点的谱值保持不变。
[0008]根据本专利技术的一些优选实施方面，管线上设备的地震加速度响应放大系数γ的确定方法包括如下步骤：
[0009]将管线及安装于管线的设备简化为具有两个自由度的弹簧-质量系统，计算所述设备的加速度响应a1；
[0010]将直接安装于地面的设备简化为单自由度弹簧-质量系统，得到所述的加速度响
应S
a
；
[0011]计算管线对所述设备的加速度响应的影响系数R
a
，R
a
＝a1/S
a
；
[0012]计算管线对所述设备的加速度响应的放大系数γ，γ＝max(R
a
，1)，所述放大系数γ能够包络管线对设备加速度响应的放大效应。
[0013]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述加速度响应a1的计算步骤如下：
[0014]具有两个自由度的弹簧-质量系统的水平方向的运动方程为
[0015][0016]其中，m1、k1、x1分别为设备的质量、刚度和相对于地面的位移，m2、k2、x2分别为管线的质量、刚度和相对于地面的位移，x
g
为地震作用下地面的位移，为x对时间的二阶导数，为x
g
对时间的二阶导数。
[0017]求解公式(1)的特征方程，令得到该系统的固有频率ω
s
，
[0018][0019]令ω
s1
和ω
s2
为公式(2)的两个解，即设备-管线系统的两个固有频率；
[0020]则质点m1，即设备的加速度响应为
[0021][0022]其中，S
a1
、S
a2
分别为与ω
s1
和ω
s2
对应的加速度响应谱值。
[0023]根据本专利技术的一些优选实施方面，单自由度弹簧-质量系统中的加速度响应S
a
为与设备固有频率ω1对应的地震加速度响应谱值。
[0024]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述影响系数R
a
的计算步骤如下
[0025][0026]根据本专利技术的一些优选实施方面，令公式(4)中
[0027][0028][0029]r
a1
、r
a2
均为n1、n3的函数，表述为r
a1
(n1，n3)、r
a2
(n1，n3)；式(4)可改写为
[0030][0031]根据本专利技术的一些优选实施方面，在n3≤0.1的范围内，r
a1
＜10-4
，r
a2
≈1，公式(7)可改写为
[0032][0033]其中，为设备-管线系统的基阶频率对应的加速度反应的谱值。
[0034]根据本专利技术的一些优选实施方面，设定所述设备的基频高于地震截止频率，故S
a
＝ZPA，ZPA为地震反应谱零周期加速度，公式(8)改写为
[0035][0036]根据本专利技术的一些优选实施方面，为保守地考虑管线对设备的地震响应的影响，在仅考虑管线对设备的地震响应的放大效应的情况下，能够包络管线对设备加速度响应放大效应的地震加速度响应放大系数γ由下式给出，
[0037]γ＝max(R
a
，1)
ꢀꢀꢀ
(10)
[0038]当为了快速并保守地估计这个放大系数时，在式(9)的基础上，公式(10)也可以保守地由下式给出
[0039][0040]其中，a
peak
为加速度反应谱的峰值。
[0041]由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本专利技术的有益之处在于：本专利技术的管线上设备的地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用方法，为分析法抗震鉴定和试
验法抗震鉴定都提供了能够方便地确定具有一定保守性的地震载荷输入的方法。该应用方法同时还能够避免过去在确定抗震鉴定地震载荷输入时过度保守的弊端，有利于降低设备制造成本。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1为本专利技术实施例中简化的管线与设备两自由度弹簧-质量系统的示意图；
[0044]图2为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管线上设备的地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：对于管线上只需要保持完整性的刚性设备，基于地震加速度响应放大系数，导出的包络加速度如下a
env
＝γ
×
ZPA；式中，a
env
为包络加速度，γ为管线上设备的地震加速度响应放大系数，ZPA为地震反应谱零周期加速度。2.一种管线上设备的地震加速度响应放大系数在地震响应中的应用，其特征在于，包括如下步骤：对于管线上需要在抗震鉴定中通过抗震试验验证可运行性的设备，通过放大系数γ，对楼层反应谱进行调整，作为抗震试验的地震输入；所述调整方法为将原始楼层反应谱的ZPA乘以放大系数γ，得到新的楼层反应谱的ZPA，其它控制点的谱值保持不变。3.根据权利要求1或2所述的应用方法，其特征在于，所述放大系数γ的确定包括如下步骤：将管线及安装于管线的设备简化为具有两个自由度的弹簧-质量系统，计算所述设备的加速度响应a1；将直接安装于地面的设备简化为单自由度弹簧-质量系统，得到所述的加速度响应S
a
；计算管线对所述设备的加速度响应的影响系数R
a
，R
a
＝a1/S
a
；计算管线对所述设备的加速度响应的放大系数γ，γ＝max(R
a
，1)，所述放大系数γ能够包络管线对设备加速度响应的放大效应。4.根据权利要求3所述的应用方法，其特征在于，所述加速度响应a1的计算步骤如下：具有两个自由度的弹簧-质量系统的水平方向的运动方程为其中，m1、k1、x1分别为设备的质量、刚度和相对于地面的位移，m2、k2、x2分别为管线的质量、刚度和相对于地面的位移，x
g
为地震作用下地面的位移，为x对时间的二阶导数，为x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭晓惠，张攀，苏卫岗，高泉源，那福利，周拥辉，孙开宝，
申请(专利权)人：中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：