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東海第二発電所 工事計画審査資料
資料番号

工認-1005 改 4

提出年月日

平成 30 年 9 月 13 日

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0

Ⅴ-3-9-1-2-2 機器搬入用ハッチの強度計算書

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0

目次
1.

概要

12.

一般事項

12.1 構造計画

12.2 評価方針

32.3 適用基準

32.4 記号の説明

42.5 計算精度と数値の丸め方

63.

評価部位

74.

強度評価

84.1 強度評価方法

84.2 荷重の組合せ及び許容限界

84.3 計算方法

124.4 計算条件

234.5 応力の評価

235.

24

評価結果

1.

概要
本計算書は，機器搬入用ハッチの強度計算書である。
機器搬入用ハッチは，設計基準対象施設の機器搬入用ハッチを重大事故等クラス２容器として兼用する機器である。
以下，重大事故等クラス 2 容器として添付書類「Ⅴ-3-1-6 重大事故等クラス２機器及び重大事故等クラス２支持構造物の強度計算の基本方針」にて設定している構造強度の設計方針に基づき機器搬入用ハッチの強度評価について示す。

2.

一般事項
2.1 構造計画

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0

機器搬入用ハッチの構造計画を表 2-1 に示す。

1

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0

表 2-1 構造計画
計画の概要
基礎・支持構造・機器搬入用ハッチは ・内径
原子炉格納容器のドラ 長さイウェル円錐部に溶接で支持される。

概略構造図

主体構造，板厚，の円筒胴及び板厚の鏡板で構成される鋼製構造物である。

機器搬入用ハッチ
機器搬入用ハッチ取付部
フランジ

円筒胴

鏡板

2ヒンジ部
ドライウェル円錐部
機器搬入用ハッチ 拡大図

2.2 評価方針
機器搬入用ハッチの応力評価は，添付書類「Ⅴ-3-1-6 重大事故等クラス２機器及び重大事
故等クラス２支持構造物の強度計算の基本方針」に基づき「2.1 構造計画」にて示す機器搬入用ハッチの部位を踏まえた「3. 評価部位」にて設定する箇所において，供用状態Ｅにおける温度，圧力の条件により評価部位に作用する荷重で発生する応力等が許容限界に収まることを，「4. 強度評価」にて示す方法にて確認することで実施する。確認結果を「5. 評価結果」に示す。
機器搬入用ハッチの強度評価フローを図 2-1 に示す。

解析モデル設定

理論式による応力計算

有限要素法モデルの作成

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4

応力解析

供用状態Ｅにおける応力強度評価

図 2-1 機器搬入用ハッチの強度評価フロー
2.3 適用基準
適用基準を以下に示す。
(1) 発電用原子力設備規格

設計・建設規格（2005 年版（2007 年追補版含む。）ＪＳＭＥ Ｓ

ＮＣ1−2005/2007（日本機械学会）(以下「設計・建設規格」という。)

32.4 記号の説明
記号

単位

Ａ

断面積mm2Ａｂボルトの有効断面積mm2ｂ

長さ，ガスケット座面の基本幅mm

ｄｉ

各部位の直径（ｉ=1，2，ｂ，ｈ，ｐ）

mmｄ

ボルトの谷径mm

Ｇ

長さmm

Ｈ

水平力，荷重Nｈ

長さmm

Ｉ

断面二次モーメント

mm4

各部位の長さ（ｉ=1，2，3…）mm

ｎボルトの本数−Ｍｐ

曲げモーメントN･mmｍ

ガスケット係数

−Ｐ

圧力kPa

ＰＳＡ

内圧kPa

Ｐｂ

一次曲げ応力MPa

ＰＬ

一次局部膜応力MPaＰｍ

一次一般膜応力

MPa

Ｒ

長さmm

Ｒｉｎ

各部位の半径（ｎ=0，1，2）mm

Ｒｈ

鏡板の半径mmＮ

ガスケットの幅mm

Ｓｕ

材料の設計引張強さ

MPa

Ｔ

ガスケットの厚さmm

ＴＳＡ

温度℃

ｔｉ

各部位の板厚（ｉ=1，2，3…）

mm

Ｗ

荷重

Nｗ

シ−ト面の接触幅mm

ｙ

設計締付圧力MPa

Ｚ

断面係数mm3α角度°ν

ポアソン比−σｂ

曲げ応力

MPaσＬ

一次局部膜応力

MPaσｍ

曲げ応力

MPaτ

せん断応力

MPaｉ

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4

記 号 の 説 明

4

記号記 号 の 説 明

単位

引張応力，応力強さ

MPa

θ

角度°

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4

σ5

2.5 計算精度と数値の丸め方
精度は 6 桁以上を確保する。表示する数値の丸め方は表 2-2 に示すとおりとする。
表 2-2 表示する数値の丸め方
数値の種類

単位

処理桁

処理方法

表示桁

面積mm2

有効数字 4 桁目

四捨五入

有効数字 3 桁＊1

力N

有効数字 4 桁目

四捨五入

有効数字 3 桁＊1

算出応力

MPa

小数点以下第 1 位切上げ

整数位

許容応力＊2MPa

小数点以下第 1 位切捨て

整数位

注記 ＊1：絶対値が 1000 以上のときは，べき数表示とする。
＊2：設計・建設規格 付録材料図表に記載された温度の中間における引張強さ及び降伏点は比例法により補間した値の小数点以下第 1 位を切り捨て，整数

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4位までの値とする。

6

3.

評価部位

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4

機器搬入用ハッチの形状及び主要寸法を図 3-1 に，使用材料及び使用部位を表 3-1 に示す。

図 3-1 機器搬入用ハッチの形状及び主要寸法7表 3-1 使用材料表
使用部位

使用材料

備考

フランジ

SGV49 相当

SGV480＊鏡板

SGV49 相当

SGV480＊円筒胴SGV49 相当

SGV480＊

ドライウェル円錐部シェル

SGV49 相当

SGV480＊補強板

SGV49 相当

SGV480＊

ブラケット

SGV49 相当

SGV480＊ヒンジボルト

SNCM439 相当

ピン

SNCM439 相当

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4

注記 ＊：新 JIS を示す。

4.

強度評価

4.1 構造強度評価方法(1) 機器搬入用ハッチは，原子炉格納容器のドライウェル円錐部に支持される構造物である。
機器搬入用ハッチに作用する自重，機械的荷重及び圧力荷重を用いて，構造強度評価を行う。
(2) 構造評価に用いる寸法は，公称値を使用する。
(3) 概略構造図を表 2-1 に示す。
4.2 荷重の組合せ及び許容限界
4.2.1 荷重の組合せ及び供用状態
機器搬入用ハッチの荷重の組合せ及び供用状態のうち，重大事故等対処設備に用いるものを表 4-1 に示す。
詳細な荷重の組合せは，添付書類「Ⅴ-1-8-1 原子炉格納施設の設計条件に関する説明書」に従い，対象機器の設置位置等を考慮し決定する。なお，考慮する荷重の組合せは，組合せる荷重の大きさを踏まえ，評価上厳しくなる組合せを選定する。
4.2.2 許容限界
機器搬入用ハッチの許容限界を表 4-2 及び表 4-3 に示す。
4.2.3 使用材料の許容応力評価条件及び許容応力
機器搬入用ハッチの許容応力評価条件のうち，重大事故等対処設備の評価に用いるものを表 4-4 に示す。また，使用材料のうち，重大事故等対処設備の評価に用いるものを表 45 及び表 4-6 に示す。

8

表4-1 荷重の組合せ及び供用状態

施設区分

原子炉

原子炉

機器搬入用格納施設

格納容器

ハッチ

Ｄ

機器等

機器名称の区分荷重の組合せ

供用状態

Ｄ＋ＰＳＡ

Ｅ＊

重大事故等クラス
２容器：死荷重

ＰＳＡ：運転状態Ⅴにおける圧力荷重
注記 ＊：供用状態Ｅとして供用状態Ｄの許容限界を用いる。

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4

表 4-2 許容限界(ボルトを除く)

供用状態

一次一般膜応力

Ｅ＊

2/3Ｓｕ

一次応力
（曲げ応力を含む）
1.5×2/3Ｓｕ

注記 ＊：供用状態Ｅとして供用状態Ｄの許容限界を用いる。
表 4-3 許容限界(ボルト)供用状態

平均引張応力平均引張応力＋曲げ応力

Ｅ＊2/3Ｓｕ

1.5×2/3Ｓｕ注記 ＊：供用状態Ｅとして供用状態Ｄの許容限界を用いる。

9表 4-4 使用材料の許容応力評価条件（重大事故等対処設備）
温度条件
（℃）

材料

Ｓ（MPa）Ｓｙ（MPa）

Ｓｕ（MPa）

Ｓｙ（ＲＴ）（MPa）

SGV480周辺環境温度

200--422-

SNCM439

周辺環境温度

200--865-

表4-5 許容応力（ボルトを除く）(単位：MPa)
許容応力
NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4

材料

供用状態

SGV480

一次応力

Ｅ

Ｐｍ

ＰＬ＋Ｐｂ281422

表4-6 許容応力（ボルト）(単位：MPa)
許容応力
材料

一次応力

供用状態

平均引張応力SNCM439

Ｅ576

注記 ＊：曲げ応力が発生しないため評価は省略する。

10

平均引張応力＋曲げ応力864＊

4.2.4 設計荷重
(1) 重大事故等対処設備としての評価圧力及び評価温度
内圧ＰＳＡ

620 kPa

温度ＴＳＡ200 ℃(2) 死荷重a.

機器搬入用ハッチの自重b.

ドライウェルの自重
機器搬入用ハッチより上部のドライウェルの自重及びシェルに取付くアタッチメント

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4の自重の重量を死荷重とする。

11

4.3 計算方法
4.3.1 応力評価点
機器搬入用ハッチの応力評価点は，機器搬入用ハッチを構成する部材の形状及び荷重伝達経路を考慮し，発生応力が大きくなる部位を選定する。選定した応力評価点を表 4-7 及び図 4-1 に示す。
表 4-7 応力評価点

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4

応力評価点番号

応力評価点

Ｐ１

鏡板中央部

Ｐ２

鏡板とフランジの結合部

Ｐ３

フランジ

Ｐ４

ブラケットとフランジの結合部

Ｐ５

ブラケットと円筒胴の結合部

Ｐ６ヒンジボルト

Ｐ７ピン

Ｐ８ピン取付部

Ｐ９Ｐ１０

円筒胴と補強板との結合部（Ｐ９−１〜Ｐ９−３）
ドライウェル円錐部シェルと補強板との接合部（Ｐ１０−１〜Ｐ１０−３）

12

P10 2ＡP9 2P2P1NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0ＡP3P9 1P10 1

注：ヒンジ部（Ｐ４〜Ｐ８）の応力評価点については図 4-5 に示す。

P10 2 P92P9 3 P10 3P9 1P10 1Ａ−Ａ視図
図 4-1 機器搬入用ハッチの応力評価点

13

4.3.2 応力計算方法
荷重により機器搬入用ハッチに生じる応力の算出には，応力評価点Ｐ１〜Ｐ８は理論式により計算する。応力評価点Ｐ９及びＰ１０の応力の算出には，三次元シェルモデルによる有限要素解析手法を適用する。
4.3.2.1 鏡板及びヒンジ部に生じる応力の算出（応力評価点Ｐ１〜Ｐ８）(1) 鏡板（応力評価点Ｐ１及びＰ２）a.

形状及び法NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4鏡板の形状及び寸法を図 4-2 に示す。

図4-2b.

鏡板の形状及び寸法（単位：mm）

評価圧力による応力(a) 応力評価点Ｐ１評価圧力による発生応力を計算する。

Ｐ･Ｒｈ2･ｔ７ｍ＝14(b) 応力評価点Ｐ２
鏡板が両端で固定されていると仮定すると，端部で曲げモーメントＭｐ及び水平力Ｈを生じる。計算モデルを図 4-3 に示す。
曲げモーメント
Ｐ・Ｒｍ・ｔ 71−ν
ＭＰ＝−・
43・(1＋ν)

水平力

Ｐ・Ｒｍ・(1−ν)
Ｈ＝−2・λ・sinα
曲げ応力
6･ＭＰ
ｂ＝
ｔ7 2
一次局部膜応力Ｈ・cosαｔ7

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0Ｌ＝

ここに，
Ｒｍ＝Ｒｈ＋ｔ７／2
ｔ７＝
α ＝

Ｒ
λ＝4 3･(1−ν)･ ｍｔ７22

ν：ポアソン比＝0.3

図 4-3 計算モデル

15(2) フランジ（応力評価点Ｐ３）a.

形状及び寸法
フランジの形状及び寸法を図 4-4 に示す。

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0（単位：mm）
図4-4 フランジの形状及び寸法
b. フランジの応力
鏡板端部に発生する曲げモーメントによるフランジの応力を計算する。
(a) 評価圧力による応力
曲げ応力
ｍ＝Ｍ・Ｒ・ｈＰ
ｍ2・Ｉｂ・ｈ3
ここに，Ｉ：フランジのＸ−Ｘ軸に関する断面二次モーメント ＝1216

(3) ブラケット，ヒンジボルト及びピン（応力評価点Ｐ４〜Ｐ８）a.

形状及び寸法
ブラケット，ヒンジボルト及びピンの形状及び寸法を図 4-5 に示す。

Ｇ1 Ｇ Ｇ2P46ＡＡＲ

Ａ8P59P8P7ｔ9
7ｔ8Ｗb2ＷbＷｂ2②①①ブラケット④ブラケット

P6②③ｔ910ｔ8

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0Ａφｄｂ11φｄｐ

Ａ〜Ａ矢視図φｄｈヒンジボルト④③ピン（単位：mm）

図4-5 ブラケット，ヒンジボルト及びピンの形状及び寸法17b.

応力算出に係わる構成部材(a) ボルトイ. 呼び
ロ. ボルトの谷径＊

ｄハ. ボルトの本数

ｎニ. ボルトの有効断面積Ａｂπ
42Ａｂ ＝ ･ｄ･ｎ＝

注記＊：応力計算で用いるボルト径は，安全側にボルトの谷径を用いる。
(b) ガスケット

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0

イ. 材料
ロ. ガスケット係数ｍハ. 設計締付圧力ｙニ. シ−ト面の接触幅

ｗ

ホ. ガスケットの幅

Ｎ

へ. ガスケットの厚さ

Ｔ

ト. ガスケット座面の基本幅ｂ(ｗ＋Ｔ)＝ｂ＝０2(ｗ＋Ｎ)＝
ｂmax＝4ゆえに，ｂ0＝ｂ＝ｂ0＝(c) ボルトに加わる荷重
イ. 内圧によってフランジに作用する荷重

π 2Ｈ＝ ･Ｇ･Ｐ
4ロ. ガスケットに加える圧縮力
Ｈ p ＝ 2 ･ ｂ ･ π ･ ｍ ･ Ｐ ･ ( Ｇ 1＋ Ｇ 2)

ハ. 設計ボルト荷重
Ｗｍ＝Ｈ−Ｈｐ(d) 評価圧力による応力
イ. ボルト１本あたりの荷重

Ｗｂ＝Ｗｍｎ18

ロ. ブラケットとフランジ又は円筒胴の結合部の応力（応力評価点Ｐ４，Ｐ５）(イ) Ｐ４における応力
せん断応力

Ｗ
τ＝ ｂＡ
曲げ応力
ｂ＝

ＭＺ

応力強さ
22ｂ＋ 4 ･ τ

σ＝

ここに，Ａ：溶接部の断面積＝2・10・(106−：溶接部ののど厚＝Ｍ＝Ｗb・Ｒ
Ｚ：溶接部の断面係数 ＝2・・( 6− 11)2610NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0(ロ) Ｐ５における応力
せん断応力

Ｗ
τ＝ ｂＡ
曲げ応力
ｂ＝

ＭＺ

応力強さ
σ＝

22ｂ＋ 4 ･ τ

ここに，Ａ：溶接部の断面積＝2・・10

Ｚ：溶接部の断面係数 ＝2・10

ハ. ヒンジボルトの応力（応力評価点Ｐ６）
引張応力

Ｗ
σ＝ ｂＡπ4

ここに，Ａ：ボルトの断面積 ＝ ・ｄｂ

1929・692)

1ＨＰ1

ニ. ピンの応力（応力評価点Ｐ７）
せん断応力

τ＝Ｗｂ2･Ａ

曲げ応力
ｂ＝ＭＺ

応力強さ
σ＝

22ｂ＋ 4 ･ τπ4

ここに，Ａ：ピンの断面積 ＝ ・ｄｂ

Ｍ＝２Ｗb ｔ9＋ 7・
22π32３
Ｚ：ピンの断面係数 ＝ ・ｄＰNT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0

ここで，せん断応力と曲げ応力が同じ位置に作用すると考える。
ホ. ピン取付部の応力（応力評価点Ｐ８）
Ｐ８におけるせん断応力

τ＝Ｗｂ2･Ａ

ここに，
Ａ：ピン取付部のせん断面積＝2・ｔ9・(20−ｄｈ／2)

8

4.3.2.2 円筒胴と補強板との結合部及びドライウェル円錐部シェルと補強板との結合部に生じる応力の算出（応力評価点Ｐ９及びＰ１０）(1) 機器搬入用ハッチに作用する荷重による応力
機器搬入用ハッチに作用する死荷重による応力は，図 4-6 に示す機器搬入用ハッチの解析モデルに質量を等分布に付加し算出する。解析モデルの諸元を表 4-8 に示す。
(2) 原子炉格納容器本体に作用する荷重による応力
原子炉格納容器に作用する圧力及び死荷重による応力は，添付書類「Ⅴ-3-9-1-14

ドライウェル本体及びサプレッション・チェンバ本体の強度計算書」で解析した応力を用いる。
(3) 応力の足し合わせ
表 4−7 及び図 4−1 で示した応力評価点Ｐ９及びＰ１０での応力は，(1)で求めた機器搬入用ハッチに作用する荷重による応力と，(2)で求めた原子炉格納容器本体に作用する荷重による応力を適切に足し合わせることで算出する。
NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4(4) 解析コード
解析コードはＭＳＣ ＮＡＳＴＲＡＮを用いる。なお，評価に用いる解析コードＭ
ＳＣ ＮＡＳＴＲＡＮの検証及び妥当性確認等の概要については，添付書類「Ⅴ-51計算機プログラム（解析コード）の概要・ＭＳＣ ＮＡＳＴＲＡＮ」に示す。

21

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0

図 4-6 機器搬入用ハッチ解析モデル22

表 4-8 解析モデル諸元表
項目

記号単位

入力値

材質−−

SGV480質量ｍ０kg

温度条件

Τ℃

縦弾性係数

ＥMPa

ポアソン比

ν

−

要素数

−

個

節点数

−

個

66(ドライウェル)
32(サプレッション・チェンバ)
200000(ドライウェル)
202000(サプレッション・チェンバ)0.3

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0

4.4 計算条件
応力計算に用いる自重及び荷重は，本計算書の 4.2 項 荷重の組合せ及び許容限界に示す。
4.5 応力の評価
4.3 項 計算方法で求めた応力は表 4-2 及び 4-3 に記載される値以下であること。

23

5.

評価結果
機器搬入用ハッチの重大事故等対処設備としての強度評価結果を以下に示す。発生値は許容値を満足している。
(1) 供用状態Ｅに対する評価

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4

供用状態Ｅに対する応力評価結果を表 5-1 に示す。

24

NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R0

表 5-1(1) 供用状態Ｅに対する評価結果（Ｄ＋ＰＳＡ）
Ｅ
評価対象設備

25

機器搬入用
ハッチ

評価部位

応力分類

発生値

許容値

判定

MPa

MPa

一次一般膜応力強さ

18281

○

Ｐ１

鏡板中央部

Ｐ２

鏡板とフランジの結合部

一次膜応力強さ＋一次曲げ応力強さ

25422○

Ｐ３

フランジ

一次膜応力強さ＋一次曲げ応力強さ

87422○

応力強さ

242422○

Ｐ４

ブラケットとフランジの結合部

Ｐ５

ブラケットと円筒胴の結合部

応力強さ

180422○

Ｐ６

ヒンジボルト

応力強さ216576○Ｐ７ピン応力強さ

221576○

Ｐ８ピン取付部

応力強さ

124422○

備考NT2 補③ Ⅴ-3-9-1-2-2 R4E

表 5-1(2) 供用状態Ｅに対する評価結果（Ｄ＋ＰＳＡ）
Ｅ
評価対象設備

機器搬入用ハッチ

評価部位

応力分類

発生値

許容値

MPa

MPa

判定

26

Ｐ９−１

円筒胴と補強板との結合部

一次膜応力強さ＋一次曲げ応力強さ

235422○Ｐ９−２円筒胴と補強板との結合部

一次膜応力強さ＋一次曲げ応力強さ

243

422

○

Ｐ９−３

円筒胴と補強板との結合部

一次膜応力強さ＋一次曲げ応力強さ

239422○

一次膜応力強さ＋一次曲げ応力強さ

236422○

一次膜応力強さ＋一次曲げ応力強さ

242422○

一次膜応力強さ＋一次曲げ応力強さ

239422

○

Ｐ１０−１

Ｐ１０−２

Ｐ１０−３

ドライウェル円錐部シェルと補強板との結合部
ドライウェル円錐部シェルと補強板との結合部
ドライウェル円錐部シェルと補強板との結合部

備考