東海第二発電所工事計画審査資料
資料番号

工認-456506 改 0

提出年月日

平成 30 年 6 月 6 日

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

Ⅴ-2-別添1-4 ハロンボンベ設備の耐震計算書

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

目次
1.

概要

12.

基本方針

22.1 位置22.2 構造概要

22.3 評価方針

42.4 適用規格

43.

6

地震応答解析

3.1 基本方針

63.2 解析方法

63.3 設計用地震力

73.4 解析モデル及び諸元

83.5 固有値解析結果

114.

応力評価

134.1 基本方針

134.2 評価対象部位

134.3 荷重及び荷重の組合せ

134.4 評価方法

155.

17

機能維持評価5.1 基本方針

175.2 評価対象部位

175.3 許容限界

175.4 評価方法

176.

18評価条件6.1 応力評価条件

18

6.2 機能維持評価条件

197.

20

耐震評価結果1.

概要
本資料は，Ⅴ-2-別添 1-1「火災防護設備の耐震計算の方針」（以下，「別添 1-1」という。
）に示すとおり，基準地震動Ｓｓによる地震力に対し，ハロンボンベ設備が地震時及び地震後においてNT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

も，火災を早期に消火する機能を保持するために，耐震性を有することを確認するものである。

1

2.

基本方針
別添 1-1 の「2.1 評価対象設備」に示すハロンボンベ設備の構造計画を「2.1位置」及び「2.2 構造概要」に示す。
2.1 位置
ハロンボンベ設備は，火災が発生している火災区域又は火災区画からの火災の火炎及び熱による直接的な影響のみならず，煙，流出流体，爆発等の二次的影響を受けず，火災防護上重要な機器等及び重大事故等対処施設に悪影響を及ぼさないよう，消火対象となる火災区域又は火災区画とは別のエリアに設置する。
2.2 構造概要ハロンボンベ設備の構造計画を表 2-1 に，外観図を図 2-1 に，容器弁の外観図を図 2-2 に示す。

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

表 2-1 ハロンボンベ設備の構造計画
設備名称
ハロンボンベ設備

計画の概要
主体構造

支持構造

ガスボンベ

容器弁は，ガスボンベにねじ及び容器弁込み固定する。ガスボンベは

説明図

ラックに固定し，基礎ボルト

図 2-1によりラックを建屋床のコ

図 2-2

ンクリート躯体に据え付ける。

2

容器弁

ラック（ボンベ押さえ）

平面図

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

鉛直方向

コンクリート躯体

水平方向
基礎ボルト

図 2-1 ハロンボンベ設備 外観図

図 2-2 容器弁 外観図3

2.3 評価方針
ハロンボンベ設備は，別添 1-1 の「4.2 応力評価」に示す応力評価の方針に従い，応力評価を実施する。
ハロンボンベ設備の応力評価は，「3. 地震応答解析」及び「4. 応力評価」に示す方法により，「6. 評価条件」に示す評価条件を用いて計算し，「7. 耐震評価結果」においてハロンボンベ設備の評価対象部位に発生する応力が許容限界に収まることを確認する。
ハロンボンベ設備の構成品である容器弁は，別添 1-1 の「4.3 機能維持評価」に示す機能維持評価の方針に従い，動的機能維持評価を実施する。
ハロンボンベ設備の容器弁の動的機能維持評価は，「3. 地震応答解析」及び「5. 機能維持評価」に示す方法により，「6. 評価条件」に示す評価条件を用い，「7. 耐震評価結果」において容器弁の最大床加速度が機能確認済加速度を超えないことを確認する。
ハロンボンベ設備の耐震評価（応力評価）フローを図 2-3 に，容器弁の耐震評価（機能維持評価）フローを図 2-4 に示す。

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

2.4 適用規格
適用する規格，基準等を以下に示す。
・発電用原子力設備規格 設計・建設規格（ＪＳＭＥ Ｓ ＮＣ１－2005/2007）（（社）日本機械学会）・原子力発電所耐震設計技術指針（ＪＥＡＧ４６０１－1987）（（社）日本電気協会）
・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）（（社）日本電気協会）
・原子力発電所耐震設計技術指針（ＪＥＡＧ４６０１－1991 追補版）（（社）日本電気協会）

4解析モデル設定

設計用地震力

有限要素法モデル作成

地震応答解析

応力評価

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

地震力による応力

構造強度評価

図 2-3 ハロンボンベ設備の耐震評価（応力評価）フロー

解析モデル設定

設計用地震力地震応答解析

動的機能維持評価

図 2-4 ハロンボンベ設備容器弁の耐震評価（機能維持評価）フロー

5

3.

地震応答解析

3.1 基本方針
ハロンボンベ設備は，別添 1-1 の「4.1 地震応答解析」に示す評価方針に従い，地震応答解析を実施する。
ハロンボンベ設備の地震応答解析は，「3.2 解析方法」に示す方法により，「3.3 設計用地震力」に示す設計用地震力及び「3.4 解析モデル及び諸元」に示す解析モデルを用いて計算し，「3.5 固有値解析結果」においてハロンボンベ設備の固有振動数を評価する。
ハロンボンベ設備の構成品である容器弁の地震応答解析は，「3.2 解析方法」に示す方法により，「3.5 固有値解析結果」において容器弁の固有振動数を評価する。
3.2 解析方法
ハロンボンベ設備の解析方法を「3.2.1 ハロンボンベ設備」に，ハロンボンベ設備の構成品である容器弁の解析方法を「3.2.2 容器弁」に示す。

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

3.2.1 ハロンボンベ設備(1) ハロンボンベ設備の構成品であるガスボンベ及びラックをはり要素としてモデル化した
3 次元 FEM モデルによる地震応答解析を実施する。
(2) 解析コードは MSC NASTRAN を使用する。なお，評価に用いる解析コード MSC NASTRAN の検証及び妥当性確認等の概要については，別紙「計算機プログラム（解析コード）の概要」に示す。
(3) 拘束条件として，基礎ボルト点を並進 3 方向回転 3 方向固定として設定する。
(4) 許容応力についてＪＳＭＥ Ｓ ＮＣ１－2005/2007 の付録材料図表を用いて計算する際に，温度が図表記載温度の中間の値の場合は，比例法を用いて計算する。ただし，比例法を用いる場合の端数処理は，小数第 1 位以下を切り捨てた値を用いるものとする。
(5) 耐震計算に用いる寸法は，公称値を使用する。
3.2.2 容器弁
容器弁は，支持構造物も含めた容器弁の設置状態を模擬し，正弦波掃引試験を実施する。

6

3.3 設計用地震力
ハロンボンベ設備の耐震計算に用いる入力地震力には，Ⅴ-2-1-7「設計用床応答曲線の作成方針」にて設定した床応答の作成方針に基づき，表 3－1 に示す条件により作成した設計用床応答曲線を使用する。また，減衰定数はⅤ-2-1-6「地震応答解析の基本方針」に記載の減衰定数を用いる。
ハロンボンベ設備の設置場所は 1 箇所に限定されず複数箇所に設置されるため，設計用床応答曲線は，設置建屋の各場所における最大床加速度(Ｓｓ)のうち，最大の加速度となる場所を選定する。
表 3-1 設計用地震力
設計用床応答曲線

設置場所
地震動

及び建屋

床面高さ及び高さ(m)

（m）

減衰
方 向定数

備 考(％)

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

原子炉
基準

原子炉

地震動

建屋

Ｓｓ

EL.38.8

建屋

水 平

1.0

水平方向，鉛直方向ともEL.38.8にＳ ｓ －1～8 の包絡曲

原子炉線を用いる。

建屋

鉛 直1.0EL.38.8

7

3.4 解析モデル及び諸元「3.2.1 ハロンボンベ設備」に示すハロンボンベ設備の解析モデルを図 3-1 に，解析モデルの諸元を表 3-2 に，ハロンボンベ設備の外形図を図 3-2 に示す。

ボンベ集合管集合管の質量を設定

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

ボンベ
1 箇所あたり，ボンベ1 本分の質量の 1/2を設定（合計 3 本）ラック
部材と部材の接合は剛接合
ブレスの接合はピン接合
基礎部
拘束条件として，基礎部を並進 3 方向回転 3 方向固定として設定

図 3-1 解析モデル8表 3-2 解析モデルの諸元
材質
(数値)
SS400
ラック

SS400

諸元(数値)

L65×65×t6
C200×90×8×t13.5

縦弾数係数

断面積

(MPa)

(mm2)

(mm4)
強軸

弱軸

752.7

2.940×10

52.940×105

2.02×105

3865

2.490×107

2.770×106

2.02×105

断面積二次モーメント

STKR400□75×75×t4.5

2.02×105

1217

9.806×105

9.806×105

SS400

M16×12 本

―

―

―

―

―

40―

―

―

―

―

736―

―

―

―

―

0.3―

―

―

―

基礎ボルト
(mm)
温度条件
(℃)
質量(kg)NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

ポアソン
比9長辺方向

短辺方向

容器弁ラック（ボンベ押さえ）

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

鉛直方向
コンクリート躯体
水平方向
基礎ボルト

基礎ボルト

図 3-2 ハロンボンベ設備 外形図10

3.5 固有値解析結果
ハロンボンベ設備の固有値解析結果を「3.5.1 ハロンボンベ設備」に，ハロンボンベ設備の容器弁の固有値解析結果を「3.5.2 容器弁」に示す。
3.5.1 ハロンボンベ設備
ハロンボンベ設備の固有値解析結果を表 3-3 に，振動モード図を図 3-3 に示す。
3.5.2 容器弁
容器弁の固有値解析結果を表 3-4 に示す。表 3-4 より，容器弁は，剛構造である。
表 3-3 ハロンボンベ設備の固有振動数
設備名称（単位：Hz）

方向

固有振動数

長辺方向

20 以上

短辺方向

20 以上

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0ハロンボンベ設備

表 3－4 容器弁の固有振動数（単位：Hz）

機器名称

固有振動数

容器弁

20 以上

11鉛直方向
短辺方向

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

長辺方向(a) 長辺方向モード

鉛直方向
短辺方向
長辺方向(b) 短辺方向モード
図 3-3 振動モード図124.

応力評価

4.1 基本方針
ハロンボンベ設備は，別添 1-1 の「4.2 応力評価」に示す評価方針に従い，応力評価を実施する。
ハロンボンベ設備の応力評価は，「4.2 評価対象部位」に示す評価対象部位が，「4.3 荷重及び荷重の組合せ」に示す荷重及び荷重の組合せに対し「4.4 許容限界」に示す許容限界に収まることを，「4.5 評価方法」に示す方法を用いて評価を行う。
4.2 評価対象部位
ハロンボンベ設備の評価対象部位は，別添 1-1 の「3.2 許容限界」に示すとおり，評価対象部位であるラック及び基礎ボルトとする。
4.3 荷重及び荷重の組合せ
応力評価に用いる荷重及び荷重の組合せは，別添 1-1 の「3.1 荷重及び荷重の組合せ」に示
NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

す荷重及び荷重の組合せを使用する。
4.3.1 荷重の種類
応力評価に用いる荷重は，以下の荷重を使用する。
(1) 死荷重(Ｄ)
死荷重は，ハロンボンベ設備の自重とする。
(2) 地震荷重(Ｓｓ)地震荷重は，基準地震動Ｓｓによる地震力とする。
4.3.2 荷重の組合せ及び許容応力状態
応力評価に用いる荷重の組合せ及び許容応力状態は，ハロンボンベ設備の評価対象部位ごとに設定する。荷重の組合せ及び許容応力状態を表 4-1 に示す。
4.3.3 許容応力
ハロンボンベ設備の基礎ボルトの許容応力を表 4-2 に示す。

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NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

表 4-1 荷重の組合せ及び許容応力状態（設計基準対象施設）
施設区分
その他発電用原子炉の付属施設

機器名称

火災防護設備耐震重要度分類

機器等の区分

荷重の組合せ許容応力状態－＊Ｄ＋ＳｓⅣ ＡＳ

Ｃハロンボンベ設備(Ｓｓ機能維持）

注記 ＊：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。
表 4-2 許容応力（その他の支持構造物）
許容限界（ボルト等）＊1，＊2
許容応力状態
14

せん断1.5・ｆｔ

1.5・ｆｓ

＊

引張り
＊ⅣＡＳ

一次応力

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。

4.4 評価方法
ハロンボンベ設備ボンベ設備の応力評価は，別添 1-1 の「4.2 応力評価」に示すラックの評価式により評価対象部位の発生応力を計算し，許容応力以下となることを確認する。
4.4.1 記号の定義
応力評価に使用する記号の定義を表 4-4 に示す。
表 4-4 ラック及び基礎ボルトの応力評価に使用する記号の定義

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

記号単位記号の定義

Ａmm2

基礎ボルト断面積

ＦsN

基礎ボルトのせん断力

ＦtN

基礎ボルトの引張力

σMPa

ラックの組合せ応力

σaMPa

ラックの軸応力σb

MPa

ラックの曲げ応力σbt

MPa

基礎ボルトに発生する引張応力τMPa

ラックのせん断応力τb

MPa

基礎ボルトに発生するせん断応力

τt

MPa

ねじりモーメントによるせん断応力15

4.4.2 応力評価モデル及び評価式
ハロンボンベ設備は，3 次元 FEM モデルによる地震応答解析から求めた荷重を用いて応力評価を実施する。
ハロンボンベ設備は，「2.2構造概要」の表 2-1 に示すとおり，ボンベをラックに固定し，ラックを基礎ボルトにより据え付けるため，ラック及び基礎ボルト，それぞれに対し応力評価を実施する。
(1) ラックの構造強度評価「3. 地震応答解析」にて算出するラックの軸応力，曲げ応力及びせん断応力を用いて，以下の式によりラックの組合せ応力を算出する。
σ= (σa +σb )2 +3(τ+τt )2(2) 基礎ボルトの構造強度評価

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

a. 基礎ボルトに発生する引張応力の算出「3. 地震応答解析」にて算出する基礎ボルトの引張力及び基礎ボルトの断面積を用いて，以下の式により基礎ボルトの引張応力を算出する。

σbt =

Ft
A

b. 基礎ボルトに発生するせん断応力の算出「3. 地震応答解析」にて算出する基礎ボルトのせん断力及び基礎ボルトの断面積を用いて，以下の式により基礎ボルトのせん断応力を算出する。

τb=

Fs
A

16

5.

機能維持評価5.1 基本方針
ハロンボンベ設備は，別添 1-1 の「4.3 機能維持評価」に示す評価方針に従い，機能維持評価を実施する。
ハロンボンベ設備の機能維持評価は，「5.2 評価対象部位」に示す評価対象部位が，「5.3 許容限界」に示す許容限界に収まることを，「5.4 評価方法」に示す方法を用いて評価を行う。
5.2 評価対象部位
ハロンボンベ設備の評価対象部位は，別添 1-1 の「4.3 機能維持評価」の評価方針に示すとおり，地震時及び地震後に動的機能の保持が必要な容器弁とする。
5.3 許容限界
ハロンボンベ設備の許容限界は，別添 1-1 の「4.3 機能維持評価」に示す機能確認済加速度とする。

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

容器弁の機能確認済加速度を表 5－1 に示す。
(単位：×9.8 m/s2)

表 5-1 容器弁の機能確認済加速度
機器名称方向

機能確認済加速度

水平4.00

鉛直

2.00

容器弁

5.4 評価方法
容器弁の機能維持評価は，別添 1-1 の「4.3 機能維持評価」に示す評価方針に従い，容器弁の評価用加速度が機能確認済加速度以下となることを確認する。

17

6.

評価条件
「4. 応力評価」及び「5.

機能維持評価」に用いる評価条件を以下に示す。

6.1 応力評価条件
6.1.1 許容応力評価条件
ハロンボンベ設備の許容応力評価条件を表 6-1 に示す。
表 6-1 ハロンボンベ設備の許容応力評価条件材 料部位

ＳuＦ(℃)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

245

400280245400280245400

280（雰囲気温度）ラック

40SS400

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

Ｓy40STKR400

基礎ボルト

評価用温度（雰囲気温度）
40SS400（雰囲気温度）＊

評価対象

6.1.2 応力評価に用いる設計震度
ハロンボンベ設備は，固有振動数が 20 Hz 以上で，剛構造であることを確認しているため，応力評価に用いる設計震度は，最大床加速度の 1.2 倍を使用する。
ハロンボンベ設備の応力評価に用いる設計震度を表 6-2 に示す。
表 6-2 ハロンボンベ設備の応力評価に用いる設計震度（単位：－）項目

設計震度

水平方向設計震度1.67

鉛直方向設計震度1.44

18

6.2 機能維持評価条件
6.2.1 設計用地震力
容器弁の耐震計算に用いる入力地震力には，Ⅴ-2-1-7「設計用床応答曲線の作成方針」
にて設定した床応答の作成方針に基づき，表 3-1 に示す条件により作成した設計用床応答曲線を使用する。また，減衰定数はⅤ-2-1-6「地震応答解析の基本方針」に記載の減衰定数を用いる。
容器弁の設置場所は 1 箇所に限定されず複数箇所に設置されるため，設計用床応答曲線は，設置建屋の各場所における最大床加速度(Ｓｓ)のうち，最大の加速度となる場所を選定する。
6.2.2 評価用加速度
容器弁の機能維持評価に用いる評価用加速度は，「6.2.1 設計用地震力」に示す設計用
床応答曲線及び固有値解析結果より，ハロンボンベ設備の頂部における応答加速度を使用する。

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

容器弁の評価用加速度を表 6-3 に示す。
表 6-3 容器弁の評価用加速度
機器名称(単位：×9.8 m/s2)

方向評価用加速度

水平1.40鉛直1.20

容器弁19

7.

耐震評価結果ハロンボンベ設備の応力評価結果及び動的機能維持評価結果を表 7-1 及び表 7-2 に示す。
ラック及び基礎ボルトの発生応力は許容応力以下であり，容器弁の評価用加速度は機能確認済

加速度以下である。
したがって，ハロンボンベ設備は，地震時及び地震後においても，基準地震動Ｓｓによる地震

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

力に対し，火災を早期に消火する機能を保持するため，耐震性を有する。

20

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 R0

表 7-1 ハロンボンベ設備の応力評価結果
設備名称
ハロンボンベ設備（単位：MPa）

評価部位

応力分類

発生応力

許容応力

ラック

組合せ応力

64280

引張応力

32210

せん断応力

5161

基礎ボルト

21

NT2 補② Ⅴ-2-別添 1-4 RE(単位：×9.8 m/s2)

表 7-2 容器弁の動的機能維持評価結果
機能確認済加速度との比較
設備名称

加速度確認箇所

ハロンボンベ設備

加振台への容器弁取付位置

水平鉛直

評価用

機能確認済

評価用

機能確認済

加速度

加速度

加速度

加速度

1.40

4.00

1.20

2.00

22