Draft 2023/1/24

設計・建設、材料及び溶接に係る日本機械学会の規格の技術評価に関する検討チーム会合における日本機械学会への説明依頼事項

設計･建設規格担当分

２０２３年２月２日（一社）日本機械学会 発電用設備規格委員会
原子力専門委員会 設計・建設分科会
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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価（ａ） クラス１支持構造物の設計手法の選択肢を増やすため、設計に極限解析手法の規定を導入したとの説明がありました 。クラス１支持構造物は様々な構造・形状がありますが、どのような支持構造物を対象に適用性を確認したのか説明して下さい。
[回答]
極限解析による評価法の適用性は、構造・形状に依存するものではなく、設計・建設規格の支持構造物の規定に定められた、材料、構造・形状であれば適用できると考えています。容器に対する極限解析の規定の解説（解説PVB-3160)記述の通り、簡単な梁状構造物であれば塑性関節法が、板状や複雑な形状の構造物であれば有限要素法による弾塑性解析を用いることで崩壊荷重の下限の算出が可能と考えています。

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価
設計・建設規格 2020年版 解説PVB-3160 抜粋
極限解析の方法としては、もし簡単な梁状構造物であれば、塑性関節法をもちいてもよいし、複雑な形状の構造物であれば、有限要素法による弾塑性解析（ひずみ効果を考慮しない）を用いてもよい。

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価（ｂ） クラス１支持構造物の許容応力の考え方は、ASME B＆PV CodeSection IIIに日本建築学会の「鋼構造設計規準」を取り入れたとされています 。クラス１支持構造物の極限解析手法の規定は、クラス１容器及び炉心支持構造物を参考に規定したとの説明がありました が、クラス１容器及び炉心支持構造物には「鋼構造設計規準」は取り入れられていません。クラス１支持構造物の極限解析手法の規定をク
ラス１容器及び炉心支持構造物の規定との差異が分かるように比較し、これらの差異を踏まえて、クラス１支持構造物の極限解析手法の規定の技術的妥当性を説明して下さい。
[回答]
1） 崩壊荷重の下限値を求める解析の手法については、クラス１容器及び炉心支持構造物の規定と同じ手法を用います。

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価
2） 支持構造物では、「鋼構造設計規準」に従い強度の基本値としてF値を用いており、極限解析に用いる降伏点もF値（参考-1）をベースとしました。
極限解析による評価での制限値として、各供用状態で崩壊荷重の下限値に乗じる係数については、各供用状態での許容応力の関係と整合させています。
支持構造物 許容応力と極限解析による評価の比較
許容応力

極限解析による評価

引張***

降伏点

制限値

供用状態A,BF/1.5

F

2/3Pcr

供用状態C

FF

Pcr

供用状態D

F*

Min(1.2F, 0.7Su)**Pcr*： Fを設定するSyは1.2Syに読み替える （40℃を超えるオーステナイトステンレス鋼及び高ニッケル鋼の1.35Syは1.2倍しない）**： Fを設定する40 ℃を超えるオーステナイトステンレス鋼及び高ニッケル鋼の1.35Syは1.2倍しない***：他の応力（せん断、圧縮、曲げ、支圧）に関しても各供用状態での関係は同様
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(参考-１）F値
F値は、SSB-3121.1（供用状態Ａ及びＢでの許容応力）の(1)において、以下の通り定義されている。
Ｆ：次のa.又はb.に定める値
a. 溶接部であって溶接規格N-1100の規定に準じてそれぞれ放射線透過試験、超音波探傷試験、磁粉探傷試験又は浸透探傷試験を行った場合に合格する部分、又は溶接部以外の部分については、次の値(a) 使用温度が40℃を超えるオーステナイト系ステンレス鋼及び高ニッケル合金については、次のうちいずれか小さい方の値
1.35Sy, 0.7Su, Sy (RT)(b) 上記の(a)以外のものについては、次のうち小さい方の値
Sy, 0.7Su
b. 溶接部であってa.に掲げる部分以外の部分については、a.に定める値の0.45倍の値

6(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価
3） 設計・建設規格のクラス1容器、炉心支持構造物との比較は下表のとおりです。
支持構造物と同じ非耐圧構造の炉心支持構造物と比較すると、強度の基準値（SmとF）の違いがありますが、供用状態A及びB、供用状態Cではほぼ同等の基準となってます。
供用状態Dについては炉心支持構造物ではPcrに係数0.9が掛かっているが、降伏点の供用状態Cからの割り増しが支持構造物より大きくなっています。
設計・建設規格各構造物 極限解析による評価の比較
クラス1容器
降伏点

制限値

炉心支持構造物
降伏点

支持構造物

制限値

降伏点

制限値

供用状態A,B

1.5Sm

2/3Pcr

1.5Sm

2/3PcrF

2/3Pcr

供用状態C

1.5Sm

0.8Pcr

1.5Sm

Pcr

FPcr

供用状態D

Min(2.3Sm,0.7Su)

0.9PcrMin(2.3Sm,0.7Su)

0.9PcrMin(1.2F,0.7Su)

Pcr

試験条件

Sy0.8Pcr---7

(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価
4） 支持構造物の極限解析による評価の規定は、参照としている基準の違いによりクラス１容器、炉心支持構造物と相違していますが、各供用状態でのSyを超えない値を降伏点とした弾塑性解析を行い評価するため、下界定理として妥当性が認知された手法と考えます。
参考）
次ページ以降に、代表的な材料について、クラス１容器、炉心支持構造物及び支持構造物の極限解析に用いられる各供用状態での降伏点に、Pcrの係数を乗じた値の比較を示します。
事例規格（3DFEM）*の値についても参考として記載しています。
＊弾塑性有限要素解析を用いたクラス１容器に対する強度評価の代替規定(NC-CC-005)

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価（ｃ） 日本建築学会の「鋼構造塑性設計指針」は設計･建設規格に引用された規格ではありませんが、「鋼構造設計規準」と関連する規格であり、極限解析手法が規定されています。クラス１支持構造物の極限解
析手法の規定と鋼構造塑性設計指針の極限解析手法の規定とを比較し、差異を説明してください。
[回答]
鋼構造塑性設計指針も、崩壊機構に基づく崩壊荷重を求める設計法を規定しているもので、支持構造物の極限解析よる評価と相反するものではありません。
鋼構造塑性設計指針では骨組み構造の梁モデルのみを対象として詳細な規定をしており、線材形状の支持構造物を評価する際の参考にできると考えます。

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価
鋼構造塑性設計指針 概要
目次

概要

設計・建設規格 極限解析による評価との相違、影響

1章 基本事項

指針の概要、基本的事項

規格対象範囲が骨組み構造に限定、耐震での適用方法も対象としているところが相違。

2章 塑性解析塑性解析の基本解説上界定理、下界定理より崩壊荷重を求めることで設計建設
規格と原理は同じ。

3章 全塑性モーメント

線材の全塑性モーメントの算出方法

梁状構造物の極限解析では参考になる。

4章 板要素の幅厚比崩壊機構になるまで局部座屈を発生させない幅厚比の規定梁状構造物の極限解析では参考になる。

5章 梁崩壊機構になるまで部材耐力を低下させない梁の規定梁状構造物の極限解析では参考になる。

6章 柱崩壊機構になるまで部材耐力を低下させない柱の規定梁状構造物の極限解析では参考になる。

7章 ブレースラーメン構造の崩壊荷重に足し合わられるブレース耐力の規定梁状構造物の極限解析では参考になる。

8章 接合部崩壊機構になるまで部材耐力を低下させない接合部の規定梁状構造物の極限解析では参考になる。

9章 崩壊荷重の算定方法

増分解析を用いない崩壊荷重の算定方法の解説

崩壊荷重の他の算出方法（2倍勾配法）を否定しているわ
けではない。

10章 骨組と部材の変形

骨組みの変形によるエネルギー消費を考慮した耐震設計の提案

設計・建設規格の規定の範囲外。

11章 設計例

設計例

梁状構造物の極限解析では参考になる。

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価（ｄ） クラス１支持構造物には様々な形状の溶接部が想定されますが、溶接規格にはクラス１支持構造物の規定はありません。これらの溶接部位に対する極限解析手法の規定への制限の要否及びその技術的妥当性を説明して下さい。
[回答]• ASME B&PV Code Sec. III NFに規定されているように支持構造物には様々な形状の溶接部が存在します。耐圧バウンダリとならない支持構造物の溶接部は溶接規格に規定されていません。SSB-3340において、溶接部を含む接合部に対して「荷重を十分に伝える」ことが規定されています。これは、極限解析による評価の荷重に対してもこの規定を満足する必要があり、全塑性に達する接合部ではその応力を伝えるよう設計すること意味しています。

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(１）クラス１支持構造物の極限解析による評価（ｅ） クラス１支持構造物に極限解析手法を適用する場合と適用しない場合について、耐震モデルの作成から地震荷重の算出までの差異について説明してください。
[回答]
現行のJEAC4601に基づく耐震解析では、支持構造物は、線形のバネ要素でモデル化されます。この解析により求められた支持反力が、支持構造物へ負荷される地震荷重となります。極限解析を適用する場合と適用しない場合でこの方法に違いはありません。

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(２）クラス１支持構造物に対する曲げ座屈評価式の見直し

・ 曲げ座屈に対する許容応力の算定式で、これまではH 形断面のみを対象として誘導された簡略式であったものを、横座屈耐力式を基本とする算定式に変更したとの説明がありました 。改訂前の算定式と改訂後の算定式を比較し、設計係数等の違いを、データ、図表等を用いて説明して下さい。
[回答]
鋼構造許容応力度設計規準の解説に、新旧両算定式と実験値及び解析値との比較がなされています。
それによると、新算定式の方が精度よく、かつ安全率が１を下回ることなく許容値を算定できることが記載されています。
[鋼構造許容応力度設計規準の解説の5章5.1(4)を参照ください］

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(３）クラス２，３容器の上位クラス規定の適用

・ クラス２、３容器の上位クラス規定の適用については、以下の①及び②のように材料、機械試験、破壊靱性、非破壊試験及び設計に関して上位の規定によることが規定されていますが、溶接部の材料・設計については規定されていません。ASME B＆PV Code Section III、「鋼構造設計規準」には、溶接部の材料・設計について規定さていますが、設計・建設規格では規定していない理由をこれらの規格と比較して説明して下さい。
①「PVC-1210クラス2容器の規定の特例」には「クラス2容器はPVCの規定に従う代わりにPVB規定に従ってもよい。」と規定されている。
②「PVC-1220 クラス2容器の材料及び構造の特例」には「PVB-2000からPVB-2400、PVB-3100からPVB-4100 までの規定に準ずることができる。」と規定されている。

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(３）クラス２，３容器の上位クラス規定の適用[回答]
PVC-1210の規定はASME NCA-2134、PVC-1220の規定はASME NCD-3200 にそれぞれ対応する。
PVC-1210は、2014年追補版で追加され、材料及び構造に限らず、製造, 検査に至るまですべて上位クラスの規定に従うことができる。
PVC-1220は、告示501からある規定でありクラス2容器へのDesign by Analysisを規定している。
PVC-1200 クラス２容器の規定の特例
クラス２容器は、PVC-1210 又はPVC-1220 の規定に従うことができる。

PVC-1210 クラス２容器の規定の特例
クラス２容器はPVC 規定に従う代わりにPVB 規定に従ってもよい。
PVC-1220 クラス２容器の材料及び構造の特例
PVC-2000 からPVC-2400、PVC-3100 からPVC-3800 及びPVC-4100までの規定にかかわらず、クラス２容器の材料及び構造の規格は、PVB2000 からPVB-2400 及びPVB-3100 からPVB-4100 までの規定に準ずることができる。

NCA-2134 Optional Use of Code Classes(a) Items classified as Class 2 in their Design Specifications may beconstructed and stamped in accordance with the rules of Subsection
NB.
(b) Items classified as Class 3 in their Design Specifications may beconstructed and stamped in accordance with the rules of Subsection
NB or NCD.
….
NCD-3200 ALTERNATIVE DESIGN RULES FOR CLASS 2 VESSELS
NCD-3210 GENERAL REQUIREMENTS
NCD-3211 Basis for Use
NCD-3211.1 Scope(a) This subarticle contains design rules for Class 2 vessels which may
be used as an alternative to the design rules in NCD-3300. Whenthese requirements are met for design, the stress intensity values ofSection II, Part D, Subpart 1, Tables 2A, 2B, and 4 may be used.….

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(３）クラス２，３容器の上位クラス規定の適用[参考]
PVC-1220の特例を適用した場合、PVC-1210の特例を適用した場合、それぞれの準用クラスを整理すると以下の通りとなる。
PVC-1210 クラス２容器の規定の特例
クラス２容器はPVC 規定に従う代わりにPVB 規定に従ってもよい。
PVC-1220 クラス２容器の材料及び構造の特例
PVC-2000 からPVC-2400、PVC-3100 からPVC-3800 及びPVC-4100 までの規定にかかわらず、クラス２容器の材料及び構造の規格は、PVB-2000 からPVB-2400 及びPVB-3100 からPVB-4100 までの規定に準ずることができる。

規格

項目

PVC-1210

PVC-1220

材料及び構造設計クラス1クラス1

溶接部の設計

クラス1

クラス2

溶接部の材料、製造及び検査

クラス1 (*)

クラス1 (*)

設計・建設規格

溶接規格* 溶接規格の総則N-0070により、クラス1適用となる。
N-0070 溶接の特例
材料及び構造について，日本機械学会 発電用原子力設備規格 設計・建設規格に規定する特例を適用した場合においては，溶接についても材料及び構造に準じたクラス分類の規定による。