Brevet FR2531801A1 — publié le 19840217

L'invention a trait à un dispositif de sup- portage anti-sismique pour bloc pile de réacteur nu- cléaire du type à neutrons rapides. Les réacteurs nucléaires d'une façon géné- rale ont besoin d'être protégés contre les effets né- fastes des séismes qui peuvent engendrer des ondes plus ou Mciins violentes dans le sol et dont les com- posantes horizontales et verticales peuvent avoir, si l'on ne prend pas de précautions particulières O des effets très perturbateurs C voire catastrophiques, sur les dispositifs de supportage du bloc pile et sur ses différents composants. La présente invention se rapporte plus par- ticulièrement aux réacteurs nucléaires du type à neu- trons rapides, tels que le réacteur français Super- phénix de Creys-=-alville dans lequel le bloc pile est fermé à sa partie supérieure par une dalle de béton qui s'appuie directement sur le bâtiment du réacteur. Dans des réalisations de ce genre, la cuve du réac- teur et les composants du bloc pile sont suspendus à ladite dalle et s'étendent dans un puits de la struc- ture du bâtiment. Dans la réalisation actuelle de la centrale Superphénix de Creys-Malville, le bâtiment du réac- teur repose par son radier directement sur le sol et se trouve soumis de ce fait à toutes les composantes horizontales et verticales de ce dernier en cas de séisme Pour améliorer cette technique, on a déjà proposé (Brevet français d'EDF-SPIE Batignolles NO EN 75/20654 du 1/07/1975) de poser le bâtiment du réacteur sur des appuis en élastomères frettés ayant pour objectif d'atténuer les effets des composantes horizontales des secousses sismiques O Cette techni- que a déjà été utilisée par EDF pour la centrale nu- cléaire à eau pressurisée de Cruas ainsi que, en as- sociation avec des plaques de glissement, dans la centrale nucléaire à eau pressurisée de Koeberg en Afrique du Sud. Ces appuis, d'une grande souplesse tans- versale, agissent, dans le plan horizontal, comme un filtre qui ne laisse passer que la fréquence sur la- quelle il est accordé Les autres fréquences étant éliminées, il n'y a plus d'amplification des mouve- ments des parties oscillantes de la construction gui sont alors uniquement soumis à l'accélération donnée par le spectre du sol pour la fréquence d'accord. L'intérêt de tels appuis à faible raideur horizontale mais à forte raideur verticale est de dé- coupler largement les modes de vibration horizontaux des modes verticau:, si bien que l'ensemble du bâti- ment, sous une excitation horizontale, se comporte pratiquement comme un oscillateur à un seul degré de liberté qui donne un mouvement de translation hori- zontale absorbant à lui seul 98 % de l'énergie et éliminant quasi-totalement les mouvements de balan- cement Si toutefois la diminution des sollicitations dues aux composantes horizontales du séisme est spec- taculaire, ce dispositif ne permet pas d'atténuer l'influence de la comiposante verticale. Généralement, les sollicitations vertica- les sont moins pénalisantes (elles ne représentent qu'un pourcentage supplémentaire à ajouter à la pe- santeur) et il est plus facile de s'en accommoder. Dans le cas particulier des réacteurs du type a neutrons rapides, pour lesquels le bloc pile est suspendu à la dalle, les techniques précédentes peuvent être dans certains cas encore insuffisantes car de tels réacteurs sont très sensibles aux solli- citations verticales. La présente invention a précisément pour objet une structure de supportage antisismique qui permet de s'affranchir plus complètement que l'art antérieur précédemment rappelé de l'effet nuisible des composantes horizontales et verticales des ondes sismiques. Cette structure de supportage antisismique pour bloc pile de réacteur nucléaire du type à neu- trons rapides, du genre de celles qui comportent de façon connue une dalle de couverture en béton repo- sant sur la structure du bâtiment réacteur, dalle à laquelle la cuve et les composants du bloc pile sont suspendus dans un puits de ladite structure, ledit bâtiment reposant sur le sol par deux radiers super- posés l'un supérieur et l'aâutre inférieur, et les deux radiers étant séparés l'un de l'autre par des appuis élastiques, notamment en élastomère fretté, est caractérisée en ce que l'ensemble du bloc pile repose sur la structure par une première série d'ap- puis élastiques amortisseurs des composantes verti- cales d'ondes sismiques éventuelles et en ce qu'elle est guidée verticalement dans le puits du bâtiment par une deuxième série d'appuis élastiques verticaux empochant tout déplacement horizontal ou balancement sous l'effet des composantes horizontales de ces me- mes ondes sismiques. Ainsi donc, çomme il est difficile d'envi- sager des appuis qui puissent à la fois filtrer les composantes horizontales et la composante verticale- du séisme sans risque d'avoir un balancement impor- tant du bâtimentg la structure, objet de l'invention, permet de minimiser les sollicitations horizontales pour l'ensemble du bâtiment et des matériels qu'il contient et de réduire les sollicitations verticales seulement pour le bloc pile et ses composants (pom- Pes, échangeurs) qui sont les points les plus sensi- bles. Comme on le voit, la structure objet de l'invention associe trois moyens en combinaison pour lutter contre les effets nuisibles des chocs sismi- ques. Le premier de ces moyens consiste à placer le bâtiment du réacteur sur des appuis élastiques, élastoplastiques ou élastiques associés à des moyens de glissement pour obtenir le cas échéant un mouve- ment de translation de l'ensemble du bâtiment dans le plan horizontal, sans balancement correspondant qui pourrait être de nature à imprimer au bloc pile des mouvements pendulaires très dangereux Dans une réa- lisation particulière de la présente invention, le bâtiment du réacteur repose sur le sol par deux ra- diers superposés séparés l'un de l'autre par des ap- puis élastiques, par exemple en élastomère fretté. Le second moyen utilisé dans la structure objet de l'invention consiste en une première série d'appuis élastiques amortisseurs des composantes verticales d'ondes sismiques, appuis élastiques qui sont interposés entre l'ensemble du bloc pile et la structure du batiment Cette première série d'appuis élastiques supporte donc les composants du bloc pile et ils sont constitués d'amortisseurs du type vis- queux destinés à filtrer les effets d'un séisme dans le sens vertical. Enfin, le troisième moyen de protection ré- side dans une deuxième série d'appuis élastiques ver- ticaux, tels que par exemple des plaques en élastomè- re fretté qui sont situées entre le bloc pile et la paroi du bâtiment et qui servent de guides verticaux pour empêcher tout déplacement dynamique horizontal ainsi que tout balancement du bloc pile par rapport au reste du bâtiment, obligeant ainsi ce bloc pile à suivre, dans le plan horizontal, le mouvement du bâ- timent. Dans un premier mode de mise en oeuvre de la structure de supportage selon l'inventionï la pre- mière série d'appuis élastiques est située entre le radier supérieur et le fond de la structure cylindri- que en béton du bloc pile, alors que la deuxième sé- rie d'appuis élastiques est répartie le long du puits 1 o du bâtiment entre le sommet et le fond de celui-ci. Dans un deuxième mode de mise en oeuvre de la structure de eupportage objet de l'invention, les deux séries d'appuis élastiques sont situées au ni- veau de la dalle de couverture elle-même, entre cel- le-ci et la partie supérieure du puits du bâtiment. De plus, ce système de guidage permet la libre dilatation thermique de la dalle, ce qui, ac- cessoirement, mais de façon très importante, permet de résoudre d'une manière particulièrement simple les problèmes de conception de cette dalle, qu'elle soit encastrée ou suspendue. De toute façon, l'invention sera mieux com- prise en se référant à la lecture qui suit de divers exemples de mise en oeuvre de la structure de suppor- tage antisismique, description qui sera donnée à ti- tre illustratif et non limitatif et qui sera faite en se référant aux figures 1 à 5 ci-jointes sur lesquel- les la figure 1 est une vue en coupe éléva- tion d'un bâtiment de réacteur nucléaire du type à neutrons rapides équipé de la structure objet de l'invention, dans son premier mode de mise en oeu- vre; la figure 2 est une vue en coupe éléva- tion d'un b Stiment de réacteur nucléaire du type à neutrons rapides équiupde la structure objet de l'in- vention, dans son deuxième mode de mise en oeuvre e la figure 3 est une vue de dessus de la dalle du réacteur de la figure 2; la figure 4 est une vue agrandie en coupe eélévation selon Xx de la figure 5 du détail A de l'extrémité supérieure de la dalle du-réacteur de la figure 2 la figure 5 est une vue de dessus en cou- pe selon YY de la figure 4 o Sur la figure 1, on a représenté le bâti- ment 1 d'une centrale nucléaire du type à neutrons rapides dont le bloc pile 2 c 6 omp,Prte une cuve princi- pale 3 et une cuve de sécurité i 2 dans un puits 5 du bâtiment 1; le bloc pile 2 et la cuve 3 du réacteur sont fermés de façon classique par une dalle de béton 6 A la partie inférieure du b Wtiment 1 se trouvent situés deux radiers, à savoir un radier supérieur 7 et un radier inférieur 8 séparés liun de l'autre par des appuis élastiques 9 en é tasomre frettoé Ces ap- puis 9 permettent un glissement horizontal sans avan- cement de la partie supérieure du bâtiment 1 par rap- port au radier Lnférieur 8, ce qui peut etre tres utile pour l'absorption de chocs sismiques pourvus de composantes horizontales d'une certaine ampleur. Le bloc pile 2 repose sur le bâtiment 1 de la façon suivante Une structure cylindrique latérale 19 en béton faisant corps avec et prolongeant sur les ex- trémités périphériques la dalle du réacteur 6, sert d'appui au bloc pile 2 par l Vintermédiaire de la pre- mière série d'appuis élastiques 10 interposés entre le fond de cette structure cylindrique 19 et le ra- dier supérieur 7 Dans ce premier mode de mise en oeuvre, la deuxième série d'appuis élastiques 12 est 253 1 801 répartie latéralement entre les appuis 12 a à la par- tie supérieure et les appuis 12 b à la partie infé- rieure du bloc pile 2 o Les appuis élastiques 12 sont rigides dans le plan horizontal et souples dans le plan vertical La répartition du guidage vertical du bloc réacteur dans le puits 5 entre le haut et le bas du puits permet d'éviter complètement tout balance- ment ou toute oscillation de l'ensemble du bloc réac- teur en cas de àecousses sismiqueso Le fonctionnement de la structure décrite est le suivant t le mouvement horizontal de l'ensemble est imposé par les appuis parasismiques 9 placés sous le bâti- ment 1; le mouvement vertical du bloc-réacteur ( 2) est rè- glé par les caractéristiques des appuis élastiques et amortisseurs 10; le mouvement vertical d'ensemble du reste du bati- ment ( 1) est fonction de ses fréquences propres qui dépendent des caractéristiques du sol Le bâtiment du réacteur ( 1) et le bloc- réacteur ( 2) sont reliés par des tuyauteries, des ca- bles, etc non représentés; qui doivent avoir assez de souplesse pour accepter les mouvements différentiels verticaux qui se produiront, en cas de séisme, entre ces deux parties. Sur la figure 2, on a représenté le deuxiè- me mode de mise en oeuvre de la structure de suppor- tage objet de l'invention, dans laquelle on retrouve, portant les mêmes nombres de référence, la plupart des éléments du mode de mise en oeuvre de la figure 1 Dans cette réalisation toutefois, les deux séries d'appuis élastiques 10 et 12 sont situés au niveau de la dalle de couverture 6-de la façon suivante. Selon l'invention, la première série d'ap- puis élastiques amortisseurs 10 est placée entre les extrémités supérieures de la dalle 6 et le caisson de béton vertical 11 entourant directement le bloc pi- le 2; ces moyens amortisseurs permettent d'absorber les composantes verticales d'une onde sismique éven- tuelle en évitant le basculement de la cuve 3 du réacteur - La deuxième série d'appuis élastiques ver- ticaux 12, située verticalement entre les extrémités périphériques de la dalle 6 du réacteur et les struc- tures du bâtiment 1 permet le guidage du bloc pile 2 dans le puits 5 dans le sens vertical en empêchant tout déplacement horizontal du bloc pile 2 et tout balancement de celui-ci sous l'effet des composantes horizontales d'une onde sismique éventuelle. Sur la figure 3, on voit la vue de dessus de la dalle du réacteur 6 munie sur son pourtour d'un certain nombre de tenons d'appuis tels que 13 qui coopèrent avec des mortaises 14 découpées dans le b 6- ton du bâtiment du réacteur 1 de façon à enserrer latéralement la deuxième série d'appuis élastiques verticaux 12 empêchant toute rotation horizontale de la dalle 6 par rapport au bâtiment 1 sous l'effet de la composante horizontale d'une onde sismique. Le détail de réalisation du secteur entouré d'un cercle et repéré A sur la figure 2 est montré sur les figures 4 et 5 o l'on retrouve les princi- paux composants déjà mentionnés, avect en plus, la galerie circulaire 15 située sous la dalle 6 et ser- vant notamment d' accès aux premiers appuis élastiques ainsi qu'aux joints étanches et souples 16 qui permettent d'éviter toute fuite de matériaux radioac- tifs en provenance de la cuve principale 3 vers l'ex- térieur de celle-ci Des puits d'hommes 17 répartis sur la périphérie de l'installation permettent l'in- 253 180 1 troduction des individus nécessaire aux différentes manipulations et entretiens dans cette galerie 15. Sur la f igure 4, on voit également en 10 les prem- ières séries d'appuis élastiques amortisseurs de com- posantes verticales et les deuxièmes séries d'appuis élastiques 12 situés verticalement entre les tenons 13 et les mortaises la appartenant respectivement à la dalle 6 et au béton du batiment 1 du réacteur Les appuis élastiques 12 sont rigides dans la direction horizontale (pour permettre l'entraînementde la dal- le 6 par-le bâtiment 1) et souples dans leurs plans parallèles verticaux (pour permettre la liberté du mouvement vertical de la cuve 3) Entre le tenon 13 et la mortaise 14, se situe un vide qui constitue un joint de dilatation 18 permettant, lorsque le réac- teur monte en température, l'expansion radiale de la dalle Cette disposition qui est une conséquence de l'existence des tenons 13 et mortaises 14 est très intéressante car elle résout de façon simple le pro- blème resté délicat jusqu'à ce jour de 1 a dilatation radiale de la cuve et de la dalle qui la supporte. On conçoit ainsi qu'à l'aide de l'associa- tion des trois moyens que-constituent les appuis 9,- et 12, on obtienne une protection maximale et ef- ficace contre les ondes sismiques d'une certaine im- portance, que leursicomposantes soient à majorité ho- rizontale ou verticale. La structure de supportage anti-sismique objet de l'invention réalise ainsi un double filtrage horizontal et vertical des sollicitations sismiques qui diminue considérablement les accélérations aux- quelles la dalle et les composants du bloc pile sont soumis en cas de séisme Il permet donc une construc- tion simplifiée et beaucoup -moins coûteuse que les constructions actuelles. De plus, cette structure permet de façon très simple une modélisation du système oscillant à trois degrés de liberté ( 2 horizontaux et-1 vertical) dont les caractéristiques de raideur et d'amortisse- ment sont connues avec précision Il en résulte par conséquent une très bonne connaissance de la réponse dynamique en cas de choc, ce qui est également très satisfaisant du point de vue de la sûreté du réac- teur. 25318-01 li REVENDICATIONS 1 Structure de supportage anti-sismique pour bloc pile ( 2) de réacteur nucléaire du type à neutrons rapides du genre de celles qui comportent de façon connue une dalle de couverture ( 6) en béton reposant sur la structure du bâtiment réacteur ( 1), dalle ( 6) à laquelle la cuve ( 3) et lescomposants du bloc pile sont suspendus dans un puits ( 5) de ladite structure, ledit bâtiment ( 1) reposant sur le sol par deux radiers superposés ( 7, 8), l'un supérieur et i O l'autre inférieur, et les deux radiers étant séparés l'un de l'autre par des appuis élastiques ( 9), notam- ment en élastomère fretté, caractérisée en ce que l'ensemble du bloc pile ( 2) repose sur la structure du bâtiment ( 1) par une première série dappuis élas- tiques amortisseurs ( 10) des composantes verticales d'ondes sismiques éventuelles et qu'elle est guidée verticalement dans le puits du bâtiment ( 5) par une deuxième série d'appuis élastiques verticaux ( 12) em- p 8 chant tout déplacement horizontal ou balancement sous l'effet des composantes horizontales de ces mê- mes ondes sismiques - 2 Structure de supportage selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que la première série d'appuis élastiques ( 10) est située entre le radier supérieur ( 7) et le fond de la structure cylindrique en béton ( 19) du bloc pile { 2) et en ce que la deuxiè- me série d'appuis élastiques ( 12) est répartie entre le sommet et le fond du puits du bâtimento 3 Structure de supportage selon la reven- dication 1, caractérisée -en ce que les deux séries d'appuis élastiques ( 10, 12) sont situées au niveau de la dalle de couverture ( 6) elle-même, entre celle- ci et la partie supérieure du puits ( 5) du b Atiment. 4 Structure de supportage selon la reven- dication 3, caractérisée en ce que les deuxièmes sé- ries d'appuis élastiques ( 12) sont situées entre des tenons ( 13) et des mortaises ( 14) appartenant respec- tivement à la dalle ( 6) et au bâtiment ( 1) du réac- teur.