不同法规关于核电厂设计地震动合成的技术要求比较_李忠诚

(4)ASCE 4-86 中时程反应谱对设计反应谱 包络的定义为：①各时程平均反应谱与设计反应 谱在各频率上的比值的平均值应等于或大于 1； ②各时程平均反应谱中不应有低于设计反应谱 10％的点。
通过对上述法规定义的比较，注意到以下几 点：
(1)GB50267-97 中时程的反应谱没有指明是 多条时程的平均值，因此，应理解为是针对每条 时程反应谱的规定；而 SRP 多组时程法和 ASCE 4-86 中均明确说明，规定的要求是针对多条时程 反应谱的平均值，而非针对单条时程的反应谱。 因此，GB50267-97 对此点的要求更加严格。
李忠诚等：不同法规关于核电厂设计地震动合成的技术要求比较
19
(5)SRP 的上述规定在实际工程中并不总是 适宜的。如果核电厂所处的地震环境为中等或中 等偏强时，这一要求是合适的；但若核电厂处于 地震活动较强的环境，特别是在距厂址 100～ 200km 有大震影响的情况(如江苏连云港核电厂 厂址)，此时时程的稳态强震持续时间会远远大于 15s。另外，如果单独合成设计地震动时程去考 虑弥散地震的影响，由于弥散地震往往是近震小 震，其稳态强震的持续时间极有可能无法达到 6s。
频段/Hz
0.2～3.0
3.0～3.6
3.6～5.0
5.0～8.0
频率增量
0.10
0.15
0.20
0.25
/Hz
频段/Hz
8.0～15.0 15.0～18.0 18.0～22.0 22.0～33.0
频率增量
0.50
1.0
2.0
3.0
/Hz
3.5 时程反应谱对设计目标反应谱的包络 时程反应谱对设计目标反应谱的包络是地
(3)SRP 中时程反应谱对设计目标反应谱包 络的定义为：①人工地震动反应谱曲线上不能有 多于 5 点低于对应的设计反应谱；②低于设计反 应谱的每个点不能比对应的设计谱值低 10％。对 于单组时程法，SRP 还增加了对目标功率谱的包 络要求，即在 0.3～24Hz 内(在低于 0.3Hz 和高于 24Hz 的频率范围可以不必检验)，合成时程功率 谱密度函数大于目标功率谱密度函数的 80%。
从国内外在役核电厂的设计实践来看，大多 采用了多组时程。采用多组时程主要是为了考虑 地震动客观存在的不确定性，通过对多组时程输 入情况下地震响应的包络或者平均，来确保抗震 分析和设计的安全。值得一提的是，美国西屋公 司开发的“第三代”堆型 AP1000，其抗震分析 采用的则是 SRP 的单组时程法。 3.3 时程的持续时间
低于目标反应谱的控 制点数不得多于 5 个； 低于目标反应谱的相 对误差不得超过 10%； 反应谱控制点处纵坐 标总和不得低于目标 反应谱的相应值。
各时程平均反应谱与 目标反应谱在各频率 上的比值的平均值应 等于或大于 1；各时程 平均反应谱中不应有 低于目标反应谱 10％ 的点。
人工时程反应谱曲线上不能 有多于 5 点低于对应的目标 反应谱；低于目标反应谱的每 个点不能比对应的目标谱值 低 10％；在 0.3Hz 至 24Hz 内， 合成时程谱大于目标功率谱 密度函数的 80%。
(1)HAD101/01 中和时程持续时间有关的原 则要求包括：①时程的持续时间与断层破裂的长 度和速度有关；②持续时间也可能与震级相关； ③在整个估计过程中应使用统一定义的持续时 间；④给出了几种持续时间的规定方式；⑤当时 程曲线用于液化分析时，可能需要不同的持续时 间。
(2)GB50267-97 中提到，合成设计地震动时 程时应满足包络函数的要求，但对包络函数没有 进一步明确的规定。
HAD101/01 对反应谱控制点频率的范围及 间隔没有明确规定；GB50267-97、SRP 和 ASCE 4-86 对此均有详细的规定。比较这些规定可以发 现，这 3 部法规对不同频段频率增量的要求基本 相同。GB50267-97 的频段采样范围见表 2；而 ASCE 4-86 在低频段的采样范围由 0.2～3.0Hz 缩 短至 0.5～3.0Hz；ASCE 4-86 和 SRP 的采样范围 在高频端扩展至 34.0Hz。
受两种方法生成加速度时间过程：①采用三角级 数叠加法；②修改实际地震加速度记录法。无论 采用哪种方法都要求生成时程反应谱与设计目 标反应谱相匹配。 3.2 地震动时程组的数量
(1)HAD101/01 对此没有明确规定,GB5026797 规定 3 个方向上的设计地震动不应少于 3 组。
(2)SRP 给出了两种选择：①在考虑功率谱密 度的条件下可采用单组时程法，即只需要 1 组三 维地震动时程；②在不考虑功率谱密度时应采用 多组时程法，此时应计算出 4 组三维人工地震动 加速度时程。
第 27 卷 第 2 期 2006 年4月
核动力工程
Nuclear Power Engineering
文章编号：0258-0926(2006)02-0017-05
Vol. 27. No.2 Apr. 2 0 0 6
不同法规关于核电厂设计地震动合成的 技术要求比较
李忠诚 1，2，赵凤新 3
（1. 中广核工程有限公司工程技术部，广东深圳，518124；2. 天津大学建筑工程学院，300072； 3. 中国地震局地球物理研究所，北京，100081）
(4)美国核管会(NRC) 的《标准审查大纲》 (SRP)[4]中 3.7.1“设计地震参数”。
(5)美国土木工程师学会(ASCE)的《核安全 相关结构的抗震分析标准》(ASCE 4-86)[5]中的第 2 节“地震输入”。
核安全导则《核电厂的抗震设计与鉴定》 (HAD102/02)没有对设计地震动合成的方法作出 具体规定，偏重于在已知地震动输入的情况下， 如何对核电厂的结构和设备进行抗震分析、设计 和鉴定。因此，在本文中不将此导则列入比较。 仅对另外的 4 部法规、标准和导则所涉及的地震 动合成的技术要求进行比较分析。
人工时程均值反应 谱曲线上不能有多 于 5 点低于对应的 目标反应谱；低于目 标反应谱的每个点 不能比对应的目标 谱值低 10％。
无具体要求
5%～20%
无具体要求
所有阻尼比
无具体要求
无具体要求
同一组时程间的互相 关系数≤0.3
无具体要求
3 合成地震动技术规定的比较与分析
3.1 时程生成方法 目前国内外的法规、标准和导则，基本都接
摘要：详细介绍了我国核电厂地震安全评价及抗震分析与设计中用到的多部国内外的法规、标准和导则 的技术规定，对其技术背景和要求进行了深入比较和分析，结合工程实践给出了相关的评述和应用建议。
关键词：核电厂抗震；法规标准；设计地震动；时程拟合 中图分类号：TM623 文献标识码：A
1引言
目前，在我国核电厂地震安全评价及抗震分 析与设计中，用到多部国内外的法规、标准和导 则。其中，对于设计地震动的合成(即时程拟合) 方法，均有相应的技术规定。这些规定不尽相同， 不同的技术人员对这些规定和要求也有不同的 解读。适用标准的不唯一和技术规定的差异，为 设计及安全评估和审评带来诸多争议。这些争议 大多源于对相关规定及其技术背景和实质缺乏 深入的理解。
本文在详细介绍各相关法规标准的技术规 定的基础上，对其技术背景和要求进行了深入的 比较和分析，给出了相关的评述和应用建议，旨 在为我国核电厂抗震设计、安全评估以及相关法 规标准的完善和修订提供有益的参考。
2 不同法规对合成地震动的技术规定
目前国内用于核电厂抗震设计和验算工作 主要涉及以下 5 部法规、标准和导则。
除给出不同频段频率增量建议值外，美国 SRP 和 ASCE 4-86 还给出另一种反应谱控制点的 取值方法，即后一频率高出前一频率的值不大于 前一频率的 10％。
表 2 控制点的频段及其增量
Table 2 Frequency Range and Increment of Control Points
多组时程法
可采用三角级数叠加法或由实际地震加速度记录修改而成
无具体要求 仅有原则性 规定
≥3 无具体要求
单组或多组 无具体要求
1
4
总持续时间：10～25s； 稳态强震持续时间：6～15s
无具体要求
0.2～33 Hz
0.5～34Hz
0.2～34 Hz
无具体要求
≥75
72 或 42
75 或 50
仅有原则性 规定
(3)ASCE 4-86 中对地震动数量的要求可以 是一组，也可以多组，但对采用一组或多组的条 件缺乏具体规定。
(4)比较上述规定可以发现，GB50267-97 中 对设计地震动的要求相当于 SRP 中的多组时程， 但时程的数量下限比 SRP 的要求少一组。由于其 包络目标谱的定义更加严格，而且包络目标谱的 阻尼比的要求比 SRP 宽松，因而其拟合时程的保 守程度相对较低，精度比 SRP 的相应结果要好。 因此，其时程组数量下限比 SRP 少的要求亦是合 理可行的。
为节省篇幅，本文不对上述 4 部不同法规的 技术细节进行一一罗列，仅将最主要的几方面技 术要点进行对比，见表 1。
收稿日期：2005-02-18；修回日期：2005-09-09
18
核动力工程
Vol. 27. No. 2. 2006
技术内容 时程生成方法 时程组数 持时 目标谱频段 频段采样点数
人工时程反应 谱对目标反应 谱的包络要求
(3) 国 家 标 准 《 核 电 厂 抗 震 设 计 规 范 》 (GB50267-97)[3]，参考国内外多部相关法规标准 和导则的技术要求，结合中国的具体情况编制而 成。该标准根据中国的地质地震背景，特别推荐 了适用于中国大多数地区的具有包络意义的标 准反应谱。另外在抗震设防水准、地震动合成、 结构和设备抗震分析与鉴定方面提出了一些不 同的见解和要求。
总之，时程的持续时间，特别是稳态强震持 续时间是与频域中反应谱的形状密切相关的。由 此可见，忽略了反应谱形状的差异，单纯规定时 程的持续时间是不适宜的。尤其是当核电厂抗震 设计考虑场地相关反应谱(site-specific spectra) 时，应特别注意时程持续时间与反应谱之间的相 互协调性。对于此点要求，建议在对我国相关法 规标准和导则进行修订时予以考虑。 3.4 反应谱控制点频率的范围及间隔