東海第二発電所 工事計画審査資料
本資料のうち，枠囲みの内容は，営業秘密または防護上の観点から公開できません。

資料番号工認-743

提出年月日

平成30年9月18日

改4

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

Ⅴ-2-9-5-5-1 静的触媒式水素再結合器の耐震性についての計算書

目

次1.

概要 .............................................................................. 12.

一般事項 .......................................................................... 2

2.1 構造計画 ........................................................................ 2
2.2 評価方針 ........................................................................ 3
2.3 適用基準 ........................................................................ 4
2.4 記号の説明 ...................................................................... 52.5 計算精度と数値の丸め方 .......................................................... 63.

評価部位 .......................................................................... 84.

応力解析及び構造強度評価 .......................................................... 84.1 応力解析及び構造強度評価方法 .................................................... 8NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

4.2 荷重の組合せ及び許容応力 ........................................................ 94.3 解析モデル及び諸元 ............................................................. 134.4 固有周期 ....................................................................... 154.5 設計用地震力 ................................................................... 154.6 計算方法 ....................................................................... 164.7 計算条件 ....................................................................... 20
4.8 応力の評価 ..................................................................... 20
5.

評価結果 ......................................................................... 21

5.1 重大事故等対処設備としての評価結果 ............................................. 21

1.

概要
本計算書は，添付書類「Ｖ-2-1-9 機能維持の基本方針」にて設定している構造強度の設計方針に基づき，静的触媒式水素再結合器が設計用地震力に対して十分な構造強度を有していることを説明するものである。
静的触媒式水素再結合器は，重大事故等対処設備において常設重大事故緩和設備に分類される。

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

以下，この分類に応じた構造強度評価を示す。

1

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

2.

一般事項

2.1 構造計画
静的触媒式水素再結合器の構造計画を表2-1に示す。
表2-1 構造計画
計画の概要
基礎・支持構造

主体構造

静的触媒式水素再結合

静的触媒式水素再結器はそれぞれ取付ボル合器は，鋼板を角形ト 4 本で架台に固定すに組み立てたハウジる。

ングの内部に触媒カ取付ボルト 4 本のうートリッジを装荷しち，3 本は熱膨張を逃た構造である。

概略構造図

がす構造となっている。
架台はプレートを介してアンカボルトにて壁面に固定する。

プレート（単位：mm）

2

2.2 評価方針
静的触媒式水素再結合器の応力評価は，添付書類「Ⅴ-2-1-9

機能維持の基本方針

3.1

構造強度上の制限」にて設定した荷重及び荷重の組合せ並びに許容限界に基づき，「2.1構造計画」にて示す静的触媒式水素再結合器の部位を踏まえ「3. 評価部位」にて設定する箇所において，「4.4解析モデル及び諸元」及び「4.5 固有周期」で算出した固有周期及び荷重に基づく設計用地震力による応力等が許容限界内に収まることを，「4. 応力解析及び構造強度評価」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。
静的触媒式水素再結合器の耐震評価フローを図2-1に示す。

解析モデル設定

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

有限要素法モデルの作成

固有値解析

設計用地震力応力解析

地震時における応力

静的触媒式水素再結合器の構造強度評価

図 2-1 静的触媒式水素再結合器の耐震評価フロー3

2.3 適用基準
適用基準を以下に示す。
(1) 原子力発電所耐震設計技術指針 ＪＥＡＧ４６０１−1987（日本電気協会）(2)

原子力発電所耐震設計技術指針 重要度分類・許容応力編 ＪＥＡＧ４６０１・補−1984（日本電気協会）(3) 原子力発電所耐震設計技術指針 ＪＥＡＧ４６０１−1991追補版（日本電気協会）(4)

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。））ＪＳＭＥＳ

ＮＣ１−2005/2007）（日本機械学会

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3う。）

42007年9月）（以下「設計・建設規格」とい2.4 記号の説明

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3記号

記号の説

明

単位
2Ａｂ1

取付ボルトの軸断面積

mm

Ａｂ2

アンカボルトの軸断面積mm2ＣＨ

水平方向設計震度−ＣＶ

鉛直方向設計震度−ｄ１

取付ボルトの呼び径mm

ｄ２

アンカボルトの呼び径mm

Ｅ

本体の縦弾性係数MPa

ＥＳ

架台の縦弾性係数

MPa

Ｆ

設計・建設規格MPa

Ｆｂａ

アンカボルトに作用する引張力

NＦｘ

架台に作用する力（Ｘ方向）N

Ｆｙ

架台に作用する力（Ｙ方向）NＦｚƒｔ

架台に作用する力（Ｚ方向）N

許容引張応力（ｆｔ を1.5倍した値）

MPaƒｔｏƒｔｓƒｓｂＧＧｓ

引張力のみを受けるボルトの許容引張応力（ｆｔ を1.5倍した値）

MPa

引張力とせん断力を同時に受けるボルトの許容引張応力

MPa

ボルトの許容せん断応力（ｆｓ を1.5倍した値）

MPa

本体のせん断弾性係数

MPa

架台のせん断弾性係数

MPaｍｏ

本体の運転時質量kg

ｍｏ１

架台を含めた全体の質量kg

アンカボルト間距離mm

Ｍｘ

架台に作用するモーメント（Ｘ軸周り）

N・mＭｙ

架台に作用するモーメント（Ｙ軸周り）

N・mＭｚ

架台に作用するモーメント（Ｚ軸周り）

N・mｎ１

せん断力を受ける取付ボルトの本数−

ｎ２

せん断力を受けるアンカボルトの本数−

ｎｆ１

引張力を受ける取付ボルトの本数−

ｎｆ２

引張力を受けるアンカボルトの本数−

ｎｆ３

架台に作用するモーメント（Ｍｙ，Ｍｚ）により引張力を受ける−

SSB-3121.3又はSSB-3133に定める値

アンカボルトの本数
Ｑｂｐ

取付ボルトに作用するせん断力

NＳｕ

設計･建設規格 付録材料図表 Part5 表9に定める値

MPa

Ｓｙ

設計･建設規格 付録材料図表 Part5 表8に定める値

MPa

設計･建設規格 付録材料図表 Part5 表8に定める材料の40℃にMPa

Ｓｙ（ＲＴ）おける値
Ｔ

温度条件℃

ν

ポアソン比−5記号
σｂａ記号のアンカボルトに作用する引張応力

説

明単 位
MPa

取付ボルトに作用する引張応力

MPaσｐ

本体に作用する組合せ応力

MPaσｓ

架台に作用する組合せ応力

MPa

τｂａ

アンカボルトに作用するせん断応力

MPa

τｂｐ

取付ボルトに作用するせん断応力

MPa

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

σｂｐ6

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。

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

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

固有周期s

小数点以下第 4 位

四捨五入

小数点以下第 3 位

震度―

小数点以下第 3 位

切上げ

小数点以下第 2 位温度℃――整数位

質量kg――

整数位

長さ ＊ 1mm――

整数位

面積mm 2

有効数字 5 桁目四捨五入

有効数字 4 桁 ＊ 2力N

有効数字 5 桁目四捨五入

有効数字 4 桁 ＊ 2

算出応力

MPa

小数点以下第 1 位切上げ

整数位

許容応力＊3MPa

小数点以下第 1 位切捨て整数位

注記 ＊1：設計上定める値が小数点以下第 1 位の場合は，小数点以下第 1 位表示とする。
＊2：絶対値が 1000 以上のときはべき数表示とする。
＊3：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，整数位までの値とする。

7

3.

評価部位
本体の耐震評価は，「4.1

応力解析及び構造強度評価方法」に示す条件に基づき，本体，架台，取付ボルト，アンカボルトについて実施する。本体の耐震評価部位については，表2-1の概略構造図に示す。
4.

応力解析及び構造強度評価

4.1 応力解析及び構造強度評価方法(1) 地震力は，本体に対して水平方向及び鉛直方向から作用するものとし，原則として，応力評価において組合せるものとする。
(2) 触媒カートリッジは，本体と一体として評価する。
(3) カートリッジが補強材として作用しないよう解析モデルでは，本体に質量のみを負荷する。
(4) 本体は，壁に設置した架台に取付ボルトで取り付ける。また，架台は，壁にアンカボルトで取り付ける。
(5) 本体は，形状が円筒形ではないため，三次元のシェル要素を用いて本体及び架台の応力NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3を算出する。なお，取付ボルト及びアンカボルトの強度評価については，解析結果で得られた荷重を用いて，理論式により応力を算出する。
(6) 本体は，壁に設置した架台上に取付ボルト4本で据付けられている。このうち1本は固定，その他3本は熱膨張を逃がす構造となっていることから，評価上転倒による引張を受けるボルト本数は保守的に1本とする。また，上記構造から評価上せん断を受けるボルト本数も保守的に1本とする。

8

4.2 荷重の組合せ及び許容応力
4.2.1 荷重の組合せ及び許容応力状態
静的触媒式水素再結合器の荷重の組合せ及び許容応力状態のうち重大事故等対処設備の評価に用いるものを表4-1に示す。
4.2.2 許容応力
静的触媒式水素再結合器の許容応力を表4-2 に示す。
4.2.3 使用材料の許容応力評価条件
静的触媒式水素再結合器の使用材料の許容応力評価条件のうち重大事故等対処設備

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3の評価に用いるもの表4-3に示す。

9

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

表 4-1 荷重の組合せ及び許容応力状態（重大事故等その他の支持構造物）
施設区分

原子炉
格納施設

機器名称

圧力低減設
備その他の安全設備

静的触媒式水素再結合器

設備分類＊ 1

常設／緩和機器等の区分

荷重の組合せ供用状態

Ｄ＋ＰＤ＋ＭＤ＋ＳＳ＊ 3

ⅣＡＳ

Ｄ＋ＰＳＡＤ＋ＭＳＡＤ＋ＳＳⅤＡＳ（ⅤＡＳとしてⅣＡＳの許容限界を用いる）−＊ 2

注記 ＊1：「常設／緩和」は常設重大事故緩和設備を示す。
＊2： その他の支持構造物の荷重の組合せ及び許容応力状態を適用する。
＊3：「Ｄ＋ＰＳＡＤ＋ＭＳＡＤ＋ＳＳ」の評価に包絡されるため，評価結果の記載を省略する。
01

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

表4-2 許容応力（重大事故等その他の支持構造物）
許容限界＊ 1， ＊ 2（ボルト以外）

許容限界＊ 1， ＊ 2（ボルト等）

一次応力

一次応力

組合せ

引張りせん断1.5・ｆ ｔ1.5・ｆ ｔ1.5・ｆ ｓⅣＡＳ
ＶＡＳ
（ⅤＡＳとしてⅣＡＳの許容限界を用いる）

注記 ＊1：応力の組合せが考えられる場合には，組合せ応力に対しても評価を行う。
＊2：当該の応力が生じない場合，規格基準で省略可能とされている場合及び他の応力で代表可能である場合は評価を省略する。

11

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

表 4-3 使用材料の許容応力評価条件（重大事故等対処設備）
評価部材

材料
SUS304 相当

本体
架台

SS400（厚さ≦16 mm）

取付ボルト
アンカボルト
注記 ＊：周囲環境温度は

SUS304SS400（径≦16 mm）

温度条件

ＳｙＳｕ

Ｓｙ（ＲＴ）

(℃)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

最高使用温度300

127391205

最高使用温度300

170373−最高使用温度

300

127

391

205

170373−

周囲環境温度（300＊）

であるが，保守的に機器の最高使用温度である 300℃を使用する。

2
1

4.3 解析モデル及び諸元
静的触媒式水素再結合器の解析モデルを図4-1に，解析モデルの概要を以下に示す。また，機器の諸元を表4-4に示す。
(1) 静的触媒式水素再結合器本体及び架台をシェル要素でモデル化する。
(2)

拘束条件としては，架台は壁で固定されている。静的触媒式水素再結合器本体は，取付ボルトにより架台に固定されている。

(3)

機器及び架台の質量は，密度にて与えるものとする。ただし，カートリッジの質量は，本体の前後面に分布荷重として与える。

(4)

アンカーボルトの荷重は，架台の固定端に作用する軸力，せん断力及びモーメントより算出し，プレートはモデル化していない。

(5)

解析コードは，「ＮＸＮＡＳＴＲＡＮ」を使用し，固有値，静的触媒式水素再結合器本体の応力及び架台の応力を求める。なお，評価に用いる解析コードの検証及び妥当性確認等の概要については，添付書類「Ⅴ-5-49

計算機プログラム（解析コード）の概NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

要・ＮＸ ＮＡＳＴＲＡＮ」に示す。

①本体

②架台

固定端

a.正面図
取付ボルト
（結合条件）ｂ.背面図
図4-1 解析モデル
13

架台の応力評価点及び固定端（6 自由度拘束）表4-4 機器諸元
項目記号単位

入力値
SUS304相当

材質

−(本体)

−
SS400 (架台)運転時質量ｍｏkg

全体質量ｍｏ１kg

Ｔ℃

温度条件（最高使用温度）
縦弾性係数

Ｅ（最高使用温度）

ＥＳ

ポアソン比

ν−

要素数−個

節点数−個

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3MPa14300 (本体)
300 (架台)
176000（本体）185000（架台）0.3

4.4 固有周期
解析コード「ＮＸ ＮＡＳＴＲＡＮ」により求めた固有値解析の結果を表4-5に示す。
１次モードは水平方向に卓越し，固有周期が0.05秒以下であり剛であることを確認した。また，鉛直方向は2次モード以降で卓越し，固有周期は0.05秒以下であり剛であることを確認した。
表 4-5 固有値解析結果
固有周期モード（ｓ）

卓越方向

1次

4.5 設計用地震力「基準地震動Ｓｓ」による地震力は，添付書類「Ⅴ-2-1-7設計用床応答曲線の作成方針」に基づき設定する。

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

評価に用いる設計用地震力を表4-6に示す。

表 4-6 設計用地震力（重大事故等対処設備）
据付場所
及び床面高さ(m)固有周期(s)水平方向

鉛直方向

EL. 46.5 ＊1(EL. 57.0 ＊2)

基準地震動Ｓｓ
水平方向
設計震度

鉛直方向
設計震度

ＣＨ＝2.09

ＣＶ＝1.77

注記 ＊1：基準床レベルを示す。
＊2：壁に設置した架台に取り付けられた機器のため，設置床上階の設計用地震力を使用する。
＊3：固有値解析より0.05秒以下であり剛であることを確認した。

15

4.6 計算方法
4.6.1 本体
本体の応力は，自重，鉛直方向地震及び水平方向地震(Ｘ,Ｙ)を考慮し，三次元シェル要素による解析結果を用いる。ここで，各応力の算出式は下記による。
応力の種類

単位

応力算出式

組合せ応力

MPaσｘ2＋σｙ2−σｘσｙ＋3τｘｙ2

三次元シェル要素による解析結果を5.項に示す。
4.6.2 架台
架台の応力は，本体と同様に，自重，鉛直方向地震及び水平方向地震(Ｘ,Ｙ)を考慮し三次元シェル要素による解析結果を用いる。各応力の算出式は本体と同様である。

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

三次元シェル要素による解析結果を5.項に示す。
4.6.3 取付ボルト
取付ボルトの応力は，地震による震度によって生じる引張力とせん断力について計算する。

図4-2 計算モデル（長辺方向転倒）

16

転倒方向

転倒支点となる
ボルト列

Ａ

引張りを受けるボルト

ＡＡ〜Ａ矢視図
転倒支点

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

図4-3 計算モデル（短辺方向転倒）(1) 引張応力
取付ボルトに対する引張力は図4-2及び図4-3で取付ボルトを支点とする転倒を考え，この片側の取付ボルト1本で受けるものとして計算する。
引張応力(σｂｐ)
σｂｐ＝

Ｆｂｐ

･････････････････････････････････････････ (4.6.1)

ｎｆ１･Ａｂ１

ここで，引張力Ｆｂｐは，解析結果より得られた値を用いる。
取付ボルトの軸断面積Ａｂ１は，π･ｄ１2 ･･･････････････････････････････････････ (4.6.2)

Ａｂ１＝
4(2) せん断応力

取付ボルトに対するせん断力は，取付ボルト1本で受けるものとして計算する。
せん断応力(τｂｐ)
Ｑｂｐ
τｂｐ＝

･･･････････････････････････････････････････ (4.6.3)
ｎ１･Ａｂ１

ここで，せん断力Ｑｂｐは，解析結果より得られた値を用いる。
17

4.6.4 アンカボルト
アンカボルトについては，自重，鉛直方向地震力及び水平方向地震力によって生じ

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3る，引張力及びせん断力について計算する。

図4-4 計算モデル（架台アンカボルト部）

18(1) 引張応力
アンカボルトに対する引張応力は，下式により計算する。
引張応力(σｂａ)
Ｆｘ

σｂａ＝

Ｍｙ＋

ｎｆ２･Ａｂ２

Ｍｚ＋

ｎｆ３･ ・Ａｂ２･････ (4.6.4)

ｎｆ３･ ・Ａｂ２

ここで，引張力Ｆｘ及びモーメントＭｙ，Ｍｚは，解析結果より得られた値を用いる。
アンカボルトの軸断面積Ａｂ２は，π･ｄ２2 ･････････････････････････････････････ (4.6.5)

Ａｂ２＝
4

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3(2) せん断応力
アンカボルトに対するせん断応力は，下式により計算する。
せん断応力(τｂａ)
Ｆ ｙ 2＋ Ｆ ｚ 2
τｂａ＝

Ｍｘ＋ｎ２･Ａｂ２

ｎ２ ･････････････ (4.6.6)

22・Ａｂ２

ここで，せん断力Ｆｙ，Ｆｚ及びモーメントＭｘは，解析結果より得られた値を用いる。

19

4.7 計算条件
応力解析に用いる計算条件は，本計算書の【静的触媒式水素再結合器の耐震性についての計算結果】の設計条件及び機器要目に示す。
4.8 応力の評価
4.8.1 本体及び架台の応力評価
4.6.1及び4.6.2項で求めた本体及び架台の応力は許容応力ƒｔ以下であること。
ただし，ƒｔは下表による。
基準地震動Ｓｓによる荷重との組合せの場合
許容引張応力ƒｔＦ
1.5×1.5

4.8.2 取付ボルト及びアンカボルトの応力評価
4.6.3項で求めた取付ボルトの引張応力σｂｐ及び4.6.4項で求めたアンカボルトの引張応

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

力σｂａは次式より求めた許容引張応力ƒｔｓ以下であること。ただし，ƒｔｏは下表による。

ƒｔｓ＝Min[1.4･ƒｔｏ−1.6･τｂ，ƒｔｏ] ・･････････････････････････････ (4.8.1)
せん断応力τｂｐ及びτｂａ はせん断力のみを受ける取付ボルト及びアンカボルトの許容せん断応力 ƒｓｂ以下であること。ただし，ƒｓｂは下表による。
基準地震動Ｓｓによる荷重との組合せの場合
許容引張応力
ƒｔｏ

Ｆ×1.5
2

許容せん断応力
ƒｓｂ

Ｆ
1.5･

20

3×1.5

5.

評価結果

5.1 重大事故等対処設備としての評価結果
静的触媒式水素再結合器の重大事故等時の状態を考慮した場合の耐震評価結果を以下に示す。
発生値は許容限界を満足しており，設計用地震力に対して十分な構造強度を有していることを確認した。
(1) 構造強度評価結果

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

構造強度評価の結果を次頁以降の表に示す。

21

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3【静的触媒式水素再結合器の耐震性についての計算結果】
1. 重大事故等対処設備
1.1 設計条件
機 器 名 称
静的触媒式水素再結合器

据付場所及び床面高さ(m)

設備分類

常設／緩和

固有周期(s)水平方向

鉛直方向

EL. 46.5 ＊1(EL. 57.0 ＊2)

弾性設計用地震動
Ｓｄ又は静的震度
水平方向
鉛直方向
設計震度
設計震度−−

基準地震動Ｓｓ
水平方向
設計震度

鉛直方向
設計震度

最高使用温度(℃)

ＣＨ＝2.09＊4 ＣＶ＝1.77＊4300

周囲環境温度(℃)（300＊5）

注記 ＊1：基準床レベルを示す。
＊2：壁に設置した架台に取り付けられた機器のため，設置床上階の設計用地震力を使用する。
＊3：固有値解析より 0.05 秒以下であることを確認した。
＊4：基準地震動Ｓs の震度に地盤部物性のばらつきを考慮した設計震度＊5：周囲環境温度はであるが，保守的に機器の最高使用温度である 300℃を使用する。

221.2 機器要目
ｍｏ(kg)(mm)

Ｅ(MPa)ＥＳ(MPa)Ｇ(MPa)

Ｇｓ(MPa)Ａｂ１(mm2)

Ａｂ２(mm2)ｎ１

176000185000

67700

71200

113.1(M12)201.1(M16)1

注記 ＊：上段は短辺方向転倒に対する評価時の要目を示し，下段は長辺方向転倒に対する評価時の要目を示す。

部

材

Ｓｙ(MPa)Ｓｕ(MPa)Ｆ(MPa)

本体

127

391

171

架台

170373

204

取付ボルト

127

391

171

アンカボルト170373

204

ｎｆ１＊
1
1

ｎ２

ｎｆ２

ｎｆ３

442

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

1.3 計算数値
1.3.1 取付ボルトに作用する力部

材

取付ボルト

(単位：N)

Ｆｂｐ

Ｑｂｐ

6.578×102

1.368×103

1.3.2 アンカボルトに作用する力部

材

アンカボルト

Ｆｘ(N)

Ｆｙ(N)

Ｆｚ(N)

Ｍｘ(N･mm)Ｍｙ(N･mm)Ｍｚ(N･mm)1.560×103

1.284×103

2.078×103

3.301×104

1.214×106

6.108×10523

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3

1.4 結論1.4.1 固有周期モード(単位：s)
固 有 周 期

卓 越 方 向1次

1.4.2 応力及び許容荷重(単位：MPa)

24部

材

材料

本体

架台

SS400

取付ボルト

SUS304

アンカボルトSS400

SUS304 相当

すべて許容応力以下である。

基準地震動Ｓｓ

応力組

合 せσｐ ＝ 121

ƒｔ ＝ 171組

合 せσｓ ＝16

引

張 り

σｂｐ＝

6

せん 断

τｂｐ＝

12

ƒｔ ＝ 204ƒｔs ＝ 128＊
ƒｓｂ ＝ 98

引張 り

σｂａ＝

22

せん 断τｂａ＝4

算 出 応 力許 容 応 力ƒｔｓ ＝ 122＊
ƒｓｂ ＝ 94

注記 ＊：ƒｔｓ＝Min[1.4・ƒｔｏ−1.6・τｂ， ƒｔｏ]より算出

NT2 補② Ⅴ-2-9-5-5-1 R3 E25