1、ICS 27. 120.99 F 63 备案号:41487-2013 F、f主中华人民共和国能源行业标准NB/T 20256-2013 核安全相关结构抗震设计规范Seismic design code of nuclear safety related structure 2013 - 06 -08发布2013 - 10 -01实施国家能源局发布NB/T 2025&-.2013 目;欠IV 1 范罔. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 规范性引用文件(核实引用是否在文中提及)3 术语和定义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 符号. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ? 5 总体设计要求.8 5. 1 总体安全要求.8 5.2 核电核安全相关结构抗震分类.8 5.3 设计地震效应计算.9 5.4 验收准则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 6 地基及基础. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6. 1 总体要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6.2 线性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6.3 非线性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6.4 防止潜在液化和土体强度的丧失. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6.; 建筑物的滑移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6.6 建筑物的倾覆. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7、. . . . . . . . . . 12 6. 7 无锚固刚性体的摇摆和滑动. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 6.8 附加荷载的影响. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 7 核安全相关结构的抗震结构体系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
8、4 1. 1 结构体系与非结构体系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 7.2 可用于核安全结构抗震的结构体系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 7.3 结构方案和布置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9、 . 14 8 抗震设计分析输入要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 8. 1 总体要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 8.2 反应谱. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 8.3 时程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 8.4 时程功率谱密度函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 8.5 结构敏感于长周期运动的补充要求. .
11、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 9 动力计算方法.四9. 1 总则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 9.2 时程分析方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12、. . . . . . . . . . . . 19 9.3 反应谱组合法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 9.4 复频域反应法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 NB/T 20256-2013 9.5 等效静力法.23 9.6 多点支承系统. . . . . . . . . . . . . . . .
13、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?3 9. 7 模态组合和反应分量组合.24 10 _1-:部结构计算模型.27 10. 1 I(t则.27 10.2 结构材料特性.28 10.3 钢筋混凝土单元的刚度要求.29 10.4 模型质量.29 10.5 模型阻尼.29 10.6 模型流体动力学效应.32 10. 7 动力解糯准则.33 10.8特殊结构模型的要求.35 11 地基-结构动力相互作用分析方法.3711.1 总则.37 11
14、. 2 地基士体特性参数.38 11. 3 直接法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 11. 4 阻抗法.40 12 结构楼层反应谱及时程计算要求.43 12.1 总则.43 12.2 结构反应谱.43 12.3 结构反应运动时程.45 13 地下管廊、地上水箱、挡土墙及支架支承分析方法.4513.1 埋设管道.45 13.2 挡士墙.47 13.3 地上水箱.48 14 隔震结构的分析方法.50 14.1 总
15、则.50 14.2 结构模型.50 14.3 反向谱分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 14.4 时程分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 15 混凝土结构抗震设计要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 15.1 混凝+结构构件承载力计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 15.2 低矮混凝士剪力
16、墙的承载力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 15.3 构造要求.52 附录A(规范性附录)非锚国刚性体滑移近似计算方法.55附录B(规范性附录)非锚阔刚性体摇摆近似计算方法.57附录c(资料性附录)混凝土弹性模量和泊松比.60附录D(资料性附录)非弹性能量吸收系数F. Svmax . .仰)1 r= lr f，=截断频率或:ZPA频率Hz); Sam由最大加速度谱值:Svm阻最大速度谱值:Sam田和Svm阻应使用相同的长度和时间单位。当对任意两个频率J;和凡的&ij小于0.2时，该值可取为o.2) 也可以采用与公式(40)不同
17、的CQC组合方法计算&一盯l(;+(忻州+(/ -2)(; - J J =川忡LAir A ir Aiqq于刨3) 除了采用列项2)和3)中的方法以外，也可以使用以下的模态组合方法。所有频率大于和等于1/2/，的区域的反应，包括9.3.1 f)巾定义的残余刚度反应应作为同步相应考虑并25 NR/T 025&-.2013 进行算术叠加。对有频率小于1/2/，的区域的反应应作为阻尼稳定反应，按照下列其中一种方法进行叠加z群组法CGroupingMethod)、百分十法(Ten-PercentMethod)或双和法CDouble-SumMethod)。最终同步相同和阻尼稳定反应应根据平方和平方根SR
18、SS方法进行组合。b) 空间分量组合z当三个地震分量的反应分别单独计算时，组合地震反应按下式计算zR口伊(44) 式中zR为所关心的反应RJ为按列项1)条要求求得的地震运动2个水、F分量和1个垂直分量的反应。也可以采用直接组合求解反应值，假定1个分量方向发生最大值时，其他两个方向分量产生的反应为最人值的40%。采用这种方法.3个分量Rl、矶和民所有可能的组合，包括算术符号的变化(正负均应计算。R=士R1士0.4R2土O.4R3 (拍)r土R2士0.4R3士O.4R，. (46) =土R3士O.4R，士O.4RJ. (47) 以上反应组合方法用于不同运动方向在同一方向的反应组合。c) 多反应参数
19、z26 1) 当有2个以上的反应参数用于后续设计计算时，如柱的轴向力和弯矩，均应按照公式(44)或公式C4ti)一(47)进行组合，包括刚体反应的影响。在后续设计计算中，应考虑这些数值所有可能的组合。对所关心的l个反应参数，所要考虑的组介数为2iv:。2) 替代J:述怡)的做法，可以由下式得到所关心的反应R,r:-: 1，.，M的联立变化。汇LHrsRRs1. (48) r s 式中:Hrs为二维数组(MxM).其逆矩阵GS由下式计算:GS :=艺工艺马RJ/Rljs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (
20、49) I ; j 式中zR/ ,R/ _.第i，j振型对第I个地震运动分量的反应值R(RS) 在设计中应考虑满足公式(48)足够数量的R.以考虑式中所考虑的所有的可能性。NB/T 20256-2013 9.7.2 在线性时程分析中，时以分别独臼计算地震运动3个分量的反应，或者选用统计独立的地震运动3个分量同时施加进行一次分析。分量组合原则用于不同运动分量在同一方向的反应，根据采用的方法分别满足以下要求:a) 在线性时程分析中，可以分别独自计算地震运动3个分量的反应，或者选用统计独立的地震运动3个分量同时施加进行一次分析。b) 在进行分别独自计算地震运动3个分量的反应之后，所有3个分量的组合反
21、应可以按照SRSS原则将各个分量的最大值进行组合得到zR=士RI2.,. (50) c) 进行分别独自计算地震运动3个分量的反应之后，所有3个分量的组合反应也可以采用100-40-40原则将各个分量的最大值进行组合得到。可以直接对反应进行组合，是基予以下假设，即当1个分量的反应为最大值时，其它2个分量的反应为最大反应的40%。采用这种方法，应计算3个分量尺，R2和R3所有可能的组合，包括符号的变化(正负)，并使用最大值。R=士R.士0.4R2士0.4R3. .,. . . . . . . . . (51) = :tR2土0.4R3忧4R. . . . . . . . . . . (52) =士
22、R3士0.4R1士0.4R2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . (53) d) 当用于进行线性分析的地震运动3个分量统计独立时，可以分别独自计算地震运动3个分量的反应，之后对每一步进行算术叠加求得组合反应zR(t) = LRj(f) . (54) 9.7.3 进行非线性分析，应将地震运动3个分量同时施加在系统上进行分析，并满足9.2.3的要求，当能够表明可以单独计算地震运动一个或多个分量的反应时，日J分别告|二算e10 上部结构计算模型10. 1 总则10. 1. 1 应采用要求的地震输入，计算所建立的结构数学计算模型的反应作为结构的地震反应。10. 1
23、. 2 在确定模型惯性参数时，应考虑由不能忽略的水质量与结构相互作用所产生的流体动力学效应。10. 1. 3 地基一结构相互作用模型的要求见11章。10. 1. 4 模型应表现质量中心和刚度中心的实际位置，因而考虑由于偏心所产生的扭转效应。10. 1. 5 计算结构构件的内力时，应考虑对应于刚度中心偏心、波非垂直入射(nonverticalincident ) 和波非一致性(incoherence)所产生的扭矩。考虑这种扭矩的-种可用方法是在设计r评估结构构件时增加一个附加扭矩。附加扭矩值取计算标高和l计算方向的该层剪力与结构垂直计算方向的尺寸的5%作为力臂的乘积。考虑这样的偏心仅用于增加构件
24、内力幅值。10. 1. 6 当不能忽略水平和竖向相互稿合作用时，应建立糯合计算模型(三维模型计算地震反应。除此之外，可以采用单独的模型计算水平和坚向的反应。27 NB/T 20256-2013 10. 1. 1 进行水平或将向分量的反应计算，既日J以采剧多步法也rlJ以采用单步法。分析方法的选择肉和分析的日标战计算结果的使用一致。采用多步法和一步法院分别满足下列相同得要求:a) 进行水平或竖向分茸的反应计算，既日J以采用多步法制rlJ以采用A步法。分析方法的选择向和分析的日标及计算结果的使用-致:b) 多步法地震反应分析分以下几个步骤。第-步，确定整个上部结构体系、基础和l地基士的总的地震反问
25、，主要是位移、加速度和总惯性力。第一步所得到的反应作为结构个部分后续模型分析的输入。进行rn续分析获得下列结果:1) 用于结构各部分分析和l评估的地震荷载和应力:2) 结构体系各个位置的地震运动，如加速度，用于设备和子系统的振动分析。c) 一步法的目标和多步法是一致的，只是一步法分析用一次分析就确定结构体系所有的地震反应:d) 多步法分析模型z1) 多步法分析的第一步所采用的模型应能反映结构体系的总体动力特性，而不必为计算单一结构部分的Jil力进行细化。模型自由度数量的要求见10.4.1列项b).rlJ以使用集中质量杆单元模型，但要满足10.8的要求。2) 应使用体现结构性状的详细模型直接计算
26、结构应力。模型向包括所有部连续区域(如安全壳结构上的设备闸门和人员闸门。e) 步法分析模型向满足d)列项2)条的要求。10. 1. 8 建立离散模型应满足以下对单元的类型、有限单元网格的尺寸和动力白由度的缩减的要求za) 时于建立结构体系模型的单元类型应取决于所需的反应类型。同时，单元类型的选择也应考虑单元的理论基础，以便能模拟结构体系的特性.选择离散的参数应考虑单元的尺寸、形状和单元的边长比:单元内部节点数:确定单元的节点数:b) 有限元模型的计算结果不应由于模型将单元尺寸和形状改变所细化而有明显的谴变。玫变的幅度宜小于10%;c) 模型向具有足够的节点自由度，计算出重要的结构振型。可以采用
27、基于动力刚度矩阵凝聚和质量矩阵缩减减少动力自由度数量，前提是模型要能反映所关心的结构动力特性。10.2 结构材料特-性10.2. 1 结构使用的钢材和混凝土的弹性模量和泊松比-口J采用以下数值za) 钢材，弹性模量为200000MPa，泊松比为0.3b) 混凝1:.参见附录C。10.2.2 材料阻尼的选取应满足以下要求z28 a) 阻尼值见表30表中阻尼值rlJ用于由同种材料组成的结构的所有振塑。包括2种或更多子结构的体系的阻尼值，如混凝:1:一钢组合结构或地基一结构体系，应按10.5要求计算. b) 核安全相关结构设计所采用的应力水平2级阻尼值14结构中的同力状态无关，但不包括设计是由弹性届
28、曲所控制的情况:c) 当生成子系统(安装在结构物上的设备和管道的输入运动或计算结构的位移时，阻尼值的水平依赖于所计算的应力水平，就像应力水平2级阻尼值选用时所达到的应力水平一样。结构地震分析rlJ以采用表3中的历力水平2级阻尼值，其条件是:作用在大部分的主要结构受力构件上的荷载在构件断面上所产生的组合内力结果超过混凝-L极限强度的1/2或向力值超过钢或铝的屈服强度的1/2。如果作用在大部分的主要结构受力构件上的荷载在构件断面上所产生的 NB/T 20256 013 组合内力结果小于本标准规定的漏凝土极限强度的1/2或应力值小于钢或铝的屈服强度的1/2.则采用1级阻尼值生成子系统的输入运动或计算
29、结构的位移。表3模型阻后比结构类烈应力水平l应力水平2焊接铝结构0.02 0.04 焊接和摩擦螺栓连接钢结构0.02 o. 04 l普通螺栓钢结构0.04 0.07 预l心力混凝十.结构0.02 O. 05 一钢筋混凝士结构0.04 0.01 注1:纤过验证，允许选用高于本袤的阻尼值注2:高fl句力水、凹的阻尼值一般对1句子结构在非线性阶段具有良好的反应。如果得到验证.IlJ以在分析中采用高的阻尼，可以迫过使用较高的滞恒|阻厄或是同时使用粘滞阻尼和滞口l能量耗散机理。注3:如果设计是由弹性屈曲控制，则使用，l力水i气的阻尼值。10.3 钢筋混凝土单元的刚度要求10.3. 1 根据地震组合所产生
30、的内力水平，j以采用钢筋混凝L单元模拟开裂和未开裂的结构构件断面。10.3.2 生成子系统的输入运动时，应考虑混凝土构件同Ij度特性的不确定性。按12.2.3的要求，为了考虑结构特性的变化影响，将结构楼层反向谱峰值拓宽:t15%。10.3.3 在模拟非结构或添充泪凝-1:时，同使用刚度最佳估算值。10.4 模型鼠量10.4.1 质量的离散可以将结构的质量和l相同的转动惯量离散集中在模型的节点处，由此模拟结构的质量惯性特性:也可以使用一致质量的方法模拟。可以忽略节点的某个自由度，如转动自由度，其条件是忽略之后不会给反应结果带来明显的变化，并应满足以下条件za) 集中的结构质量要代表运动方向上的总
31、的质量和l质心位置，包括所有的结构和l主要的部件:b) 选择动力自由度的数量即集中质量的数量，应保证足以评估结构所有不能忽略的振动振型。对于分布质量的结构，要求方向上的臼由度的数量至少取该方向不能忽略的振型数目的2倍。10.4.2 确定模态质量所考虑的惯性特性应包括地震期间预期出现的所有i二次荷载。荷载包括如:恒载效应，同定的设备、管道，以及相应的活荷载。采用的活荷载不宜小于设计活荷载的25%。10.5 模型阻尼10.5. 1 当结构由同种材料或相似阻尼特性材料组成时，计算结构阻尼特性I选用表3中的阻尼值。包括不同阻尼的多于结构的结构体系，可以按照10.5.2、10.5.3、10.5.4或10
32、.5.5规定的方法计算。10. ti. 2 比例阻尼Rayleigh阻尼按以下步骤计算:阻尼矩阵c日I以由质量矩阵和刚度矩阵线性叠加而成，具体如下:c二M+K.(历)29 NB/T 2025& 013 式中z和为比例阻尼系数，接下式计算:2. 了-，一￥皿=-生. . . (56) 目础+Wmin 2 (5YI) m础+mlD式中z选用表3中的阻用比系数。10.5.3 组合阻尼按以下步骤计算z包括不同阻尼的多子结构的结构体系，组合总阻尼知阵c可以由各子结构阻尼矩阵进行合适叠加而成:卡=汇乍l式中tNS=整体模型中子结构的数量。cl总体坐标系中第i个子结构的阻尼知阵，按以下Il项a)和b)确定:
33、a) 已知阻尼比的子结构。子结构本身的阻尼矩阵肘，应将子结构的无约束模型的矩阵从局部坐标系转换到总体坐标系，除非子结构是固定在基础上。结构的无约束模型的阻尼矩阵由底部阿定矩阵叠加刚体运动计算，如下z30 CFBl忆fJl，(.:llkit|.(89) l亿IcFBlT，I卡FB1T，11式中z; = T r DJ 1为子结构底部固定的阻胁:阵:l为子结构(底部固定)的归一化振型:fM;l = IJ; t = rMl; lTt = MH外;, D, 1对角矩阵D批=2A 苛电勾子系统第k振型的阻尼比:k子系统第k振型的频率:Trl对基底坐标系的刚体运动和子系统无约束自由度之间的连接矩阵。子系统在
34、形成总模型后，会截断高频振型。b) 按比例阻尼计算的子结构。如果每个子结构的阻尼均为比例阻尼，则阻尼矩阵按下式计算zNB月20256-2013cl :;jMl+;Kl. (60) 式中:矶和l，为结构第i个部分的比例阻尼系数。Ml总体坐标系中结构第i个部分的质量矩阵。Kl总体坐标系中结构第i个部分的刚度矩阵。结构第i各部分的比例阻尼系数矶和，剧第i个部分的阻尼比系数按公式(56)和1(57)计算，选定圆频率值m础和min确定对结构第i个部分反应有影响的频率范围。10.5.4 口J按以下步骤计算模态组合阻尼:按以上方法计算组舍阻尼知阵肘，模态组舍阻尼值按下式计算z:机y吨J式中:毛=第j振型的阻
35、尼比: j =第j振型的振型，以YM1j=1 j第j振型的圆频率(rad/叫:M=质量矩阵。10.5.5 也可以按照本节规定的以下计算方法计算模态组合阻尼:对于子结构或部件具有不同阻尼特点的结构或结构体系，口J按公式(62)或公式(63)计算，计算的阻尼结果取值应小于临界值的20%。如果计算值超过20%.没有进一步论证则不应使用a) 下列公式用于刚度阻尼:31 NB/T 20256-2013 qA EU 队二-tlil-J 1缸此:| NPL叫EEEltLf铀的2AJ 式中zkl总体坐标系中第i个部件或了系统的刚度矩阵乘以第i个部件或子系统的模态阻尼比。b) f列公式用于质量阻尼z=叫:山归式
36、中z叫，总体坐标系中第i个部件或子系统的质量知:阵乘以第i个部件或-了系统的模态阻尼比。对于有多于一个子结构共有的白由度处，应将质量按各子结构质量之间的比例进行分配。10.6 模型流体动力学效应10.6.1 应考虑流体动力学质量和阻尼效应。水体对淹没在水池中的结构产生的力和阻尼效应应给予考虑。10.6.2 淹没结构动力分析方程应采用本节规定的方程。本节淹没结构采用的计算方法假定包容水体的墙体相对淹没结构为刚性。淹没结构在地震激励下的反应可按下列公式计算za) 本节针对淹没结构的计算方法适用条件为包容水体的培体相对淹没结构为刚性。b) 淹没结构在地震激励-f的反应可按F列公式计算z11M +Mf
37、/斗牛:1-;叫xdK J圳工仙-t-MHJMub+ flVfH,Ju.f (但)式中zM.时.K=将淹没结构与水池墙体模拟为单自由度体系(n+lxn+l)的质量、阻尼和刚度矩阵:MH=由于水体的加速度延迟效应影响的有效质量矩阵(n+lx n+ 1). CH =由于水体的速度延迟效应影响的有效阻尼矩阵(n十lxn+l);X，斗，x=相对位移速度和阳向最分别为(n.t.lxl)叫池墙体相对淹没结构为刚性，水池墙体的相对速度和加速度为O.IlP Xn+1 :-: Xn+l = O. MH12=稿合淹没结构和l水池墙体结构的有效质量矩阵的向量(n山1); 32 NB/T 20256- .2013 U
38、b=影响向量，在基底施加地震方向的单位位移而在结构体系上产生的位移向量(n+lx 1); u g =tJfUE水池结构上的阳时程:n=淹没结构的动力白由度数量，i的系数应基于淹没结构的速度延迟特性。用另一种方法，选取的的系数以保证相应的振、事型阻尼不超过l临界阻后的O.础。应模拟下列流体动力质量效应:对水池中的流体，应模拟其脉动和l晃动的效应。应考虑水平和竖向两个方向的运动分量:对于将水池墙体作为刚体或对墙体不产生局部应力时，叫以将全部水平脉动质量施加在模型的一个单一的位置上。同样，也可以将晃动质量用相应的水平弹簧连接在模型的一个单一的位置上。晃动质量的大小和l沿结构高度的位置及晃动振型弹簧常数应按工程力学的原理计算:对于不能将水池墙体作为刚体或要考虑在墙体产生局部所力影响时，应将晃动质量用晃动振型弹簧沿结构高度的位置均布在整个水地墙体的高度上，如国2所示。可以将脉动质量均布质心(按单一脉动质量方法计算)距水池底部高度2倍的范罔内。同样，晃动振型弹簧阳分布从液10.6.3 a) b) c) 面到质心(按单一晃动屈量方法计算)的整个高度上。晃动质量Mc应通过刚性杆与弹簧相联接:计算!展向效应时，流体的质量应包括在结构的模型中。?l流体深度小于15m时，整个流体的质量可以集中在水池底部。当流体深度大T15m时，应计算水体压缩
