Μελέτη της σεισμικής απόκρισης του μηχανολογικού εξοπλισμού στο εσωτερικό δόμημα πυρηνικού αντιδραστήρα
Creators: name: Ιωαννίδης, Νικόλαος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Πυρηνικοί Σταθμοί Παραγωγής Ενέργειας
Αλληλεπίδραση Εδάφους Κατασκευής
Γεωμετρική Μη-Γραμμικότητα
Μηχανολογικός Εξοπλισμος
Σεισμική Αξιολόγηση
Nuclear Containment Structures
Soil Structure Interaction
Geometric Νonlinearity
Mechanical Components
Seismic Evaluation

description: Οι πυρηνικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας είναι μία αξιόπιστη και αποτελεσματική πηγή ενέργειας για τις σύγχρονες βιομηχανοποιημένες κοινωνίες οι οποίες παράλληλα με την οικονομική ανάπτυξη επιδιώκουν μειωμένες εκπομπές CO2. Ο δικαιολογημένος σκεπτικισμός απέναντι στην πυρηνική ενέργεια από μια μεγάλη πλειοψηφία της κοινής γνώμης βασίζεται στο γεγονός ότι οι συνέπειες ακόμα και ενός μικρής κλίμακας πυρηνικού ατυχήματος, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση ραδιενεργών υλικών στην ατμόσφαιρα και τον χώρο περιμετρικά του εργοστασίου είναι πολύ μεγάλες. Για τον λόγο αυτό λαμβάνονται πολλά μέτρα προφύλαξης και αξιολογούνται πολλές οριακές καταστάσεις λειτουργίας στον σχεδιασμό του Κτηρίου Περιορισμού με στόχο την ελαχιστοποίηση του κινδύνου ακόμα και για ακραία φαινόμενα όπως είναι η η αλληλεπίδραση εδάφους θεμελίωσης κατασκευής. Σε αυτή την εργασία, μελετάται η απόκριση των εσωτερικών συστημάτων ενός πυρηνικού αντιδραστήρα πεπιεσμένου ύδατος. Πιο συγκεκριμένα εξετάζεται η συμπεριφορά των εσωτερικών συστημάτων τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για την κανονική λειτουργία, όπως είναι το κύριο σύστημα ψύξης το οποίο αποτελείται τους εναλλάκτες/ατμοπαραγωγούς τις αντλίες και το κύριο σύστημα σωληνώσεων το οποίο συνδέει τα μηχανολογικά στοιχεία. Η κατασκευή που υποστηρίζει τον μηχανολογικό εξοπλισμό είναι ένα τοιχωματικό στατικό σύστημα από συμβατικά οπλισμένο σκυρόδεμα, η οποία προσομοιώνεται με πεπερασμένα στοιχεία στερεού σώματος (SolidElements) ενώ ο μηχανολογικός εξοπλισμός και το σύστημα σωληνώσεων προσομοιώνεται με στοιχεία κελύφους (ShellElements). Προσομοιώνεται επίσης το εδαφικό προφίλ με τρισδιάστατα στοιχεία στερεού σώματος θεωρώντας δυνατή την ανάπτυξη φαινομένων γεωμετρικής μη γραμμικότητας όπως ολίσθηση τριβής και λικνισμό και ανασήκωση-αποκόλληση στην διεπιφάνεια θεμελίωσης. Το σύστημα διεγείρεται με επιλεγμένες σεισμικές διεγέρσεις από τη βάση δεδομένων PEER-NGA, και η σεισμική καταπόνηση αξιολογείται με βάση την αναπτυσσόμενη σεισμική τάση στο σύστημα σωληνώσεων. Αποδεικνύεται ότι η εμφάνιση μη γεωμετρικά γραμμικών φαινομένων όπως η ανασήκωση, η οποία συμβαίνει ακόμα και για μέτριας έντασης, χαμηλόσυχνες διεγέρσεις μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση μεγίστων για τις τάσεις στις γωνίες του συστήματος σωληνώσεων τα οποία θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο την λειτουργία του εργοστασίου και τα οποία μειώνουν την ασφάλεια του συστήματος συνολικά
description: Nuclear power plants are a reliable and efficient source of power for modern industrialized societies that pursue both economic growth reduced CO2 emissions. There is, of course, much public skepticism regarding the consequences of even a minor nuclear accident, as that would result in the release of radioactive materials in the atmosphere as well as in the surrounding environment. For this reason, many precautionary measures are taken and limit states are assessed in the design of the containment structure in order to minimize risk even for extreme events, such as earthquake induced motions and soil-structure-interaction phenomena. In this work, we study the response of the internal sub-systems within a nuclear reactor facility that are associated with power generation. More specifically, the safety systems which are critical for normal operation such as the main cooling system, the steam generators and the emergency cooling injection tanks along with the piping connecting them all are studied. Basically, the internal structure is a R/C wall structural system that is modeled with solid quadrilateral finite elements, while the mechanical components are modeled with shell finite elements, as is the piping network system The underlying soil profile is also modeled with three-dimensional elements, considering geometrical nonlinearities (i.e., frictional sliding, rocking and complete separation) at the soil-foundation interface. The above soil-structure-inner support-equipment system is excited with a series of carefully selected, PEER-NGA retrieved earthquake ground motions and the seismic demand is assessed on the basis of stress in critical components. It is shown that the abrupt uplift that may take place even for moderate intensity, low mean frequency earthquake ground motions in case containment structures resting on soft soils may produce peaks in the elbow strain that could potentially jeopardize the operation of the containment building and the safety of the system as a whole.