Microsoft PowerPoint - 解析評価説明（社外）rev18.ppt

新潟県中越沖地震による設備の

解析的影響評価

平成19年１１月

東京電力株式会社

目次

„

中越沖地震による設備健全性確認への取り組みにつ

いて

„

解析的影響評価について

z

解析的影響評価の方針

（規格に従った評価を実施）

z

解析的影響評価の流れ

（耐震裕度の大きな設備は選定基準を設けて評価を簡略化，評

価が厳しい設備はより実機の状態を反映した解析・評価を実施）

z

耐震設計における余裕度

中越沖地震による設備健全性確認への

取り組みについて

以下から設備・部位ごとに 適切なものを組み合わせ て実施 • 詳細な目視点検（分解点 検等） • 変形量測定 • 非破壊試験　　　等 以下から設備・部位ごとに 適切なものを組み合わせ て実施 • 詳細な目視点検（分解点 検等） • 変形量測定 • 非破壊試験　　　等

解析的影響評価

解析的影響評価

中越沖地震後の設備健全性確認への取り組みの流れ

地震荷重を受けた設備

設備健全性確認

建屋床応答 スペクトル 原子炉建屋基礎版上観測波 およびそれに基づく シミュレーション波等

停止時プラントデータによる各安全機能が発揮されたことの確認

抽出された設備 抽出された設備

設備点検

設備点検

応力評価 評価に基づき 対象を抽出 耐震安全上重要な設備等 • 設計者・検査技術者等の専門家によ る目視点検 • 機能確認試験 設備点検結果および解析的影響評価結果に より設備の健全性を総合的に確認・評価

中越沖地震後の設備健全性確認の方針

„

「発電用軽水型原子炉施設の安全機能の重要度分類に関する審査指針」

に基づく重要度分類クラス1設備，重要度分類クラス2であって耐震安

全上重要度が高い設備

*

_{については，以下の方針に基づき実施}

*耐震安全上重要度が高い設備：耐震クラスがA/Asのもの，および耐震Bクラスのうちクラス１の設備への波 及的影響およびクラス１の設備の支持機能を考慮し動的地震動による耐震評価の影響としているもの）

z

原子炉安全上重要であることに鑑み，設備点検と併せて「解析的影響評価」

により現行規格上の許容値との比較・評価を実施する

z

「解析的影響評価」の評価が現行規格上の許容値を超えた箇所および外観

点検等で異常が認められた箇所について詳細な点検を実施

„

その他の重要度分類クラス2/3設備については，以下のとおり実施

z

設備点検を実施し異常が認められた箇所について詳細な点検を実施

z

重要度分類クラス2設備（耐震Bクラス相当）について，損傷が認められな

い設備に対してサンプル的に解析的影響評価を実施し，実機における発生

応力が許容応力を上回っていないことの確認も実施する

クラス2/3設備等の損傷事例(1)

クラス2/3設備等の損傷事例(2)

仮置き用脚部（約70°方向） ガイドピン _仮置き用 脚部 φ5.6ｍ 5. 2 ｍ 総重量 約69ｔ シュラウド ヘッドボルト

1号機　気水分離器仮置き用脚：ノンクラス

消火系配管：クラス3

解析的影響評価

解析的影響評価の方針

„

地震荷重を受けた設備に発生した応力について，妥当な範囲で実際の状

態における評価を解析的手法に実施

„

解析手法は原則として現状の規格基準（日本電気協会　電気技術指針

JEAG4601「原子力発電所耐震設計技術指針」）に基づき実施

z

応答スペクトルの比較など簡易的手法（右図参照）

　で詳細解析を実施する対象設備を選定

z

評価部位については地震による応答が厳しい箇所，

　および建設時設計において発生応力と許容値の差

　（裕度）が小さい箇所を代表として選定

z

詳細解析を実施する対象設備について，建設時設

　計と同様な詳細解析を実施

z

設計上の余裕を極力明確にし，実機の状態をより反

　映した解析による評価を指向する

周期 加速度 機器固有周期 α β 建設時の床応 答スペクトル 中越沖地震の床 応答スペクトル 応答比＝α／β ※中越沖地震による発生応力 ＝建設時の評価応力　×　応答比 応答比：機器の固有周期における 中越沖地震による床応答 スペクトルと工認時の床 応答スペクトルの比

解析的影響評価の条件

„

評価号機の順位

z

炉型の代表を考慮し，かつ，地震動の大きかった号機と小さい号機（KK

１・7）を先頭に実施

Š

KK1～５：BWR-5

Š

KK6・７：改良型BWR（ABWR）

„

評価に用いる地震動

z

得られた観測波（原子炉建屋最地下階と中間階で観測）をもとに各階の応

答を再現（シミュレーション）

9

地震動が観測された最地下階と中間階　⇒　観測地震動を用いる

9

それ以外の階　⇒　建屋シミュレーション（耐震・構造設計小委員会　第６回

構造WGで審議されたもの）で得られた地震動を用いる

9

設計時には静的地震力のみ考慮されていた上下動についても，観測値より動的

に考慮

„

各プラントの実際の運転状態を反映

9

定期検査中のプラントについては，燃料等が取り出されている等の荷重条件を

反映

„

JEAG4601の許容応力と発生応力との比較を実施

z

Ⅲ

_A

S（運転状態Ⅲに対する許容応力状態Ⅲ

_A

を基本としてさらに地震荷重に対する特別

の制限を加えた許容応力状態）

9 　耐震設計審査指針：基準地震動S₁等との組合せと許容限界 「通常運転時，運転時の異常な過渡変化時，及び事故時に生じるそれぞれの荷重と基準地震 動S₁による地震力又は静的地震力とを組み合わせ，その結果発生する応力に対して，降伏 応力又はこれと同等な安全性を有する応力を許容限界とする。」 （参考）Ⅳ_AS⇒「構造物の相当部分が降伏し，塑性変形する場合でも過大な変形，き裂，破 損等が生じ，その施設の機能に影響を及ぼすことがないこと」

„

JEAG4601の疲労評価を建設時疲労評価の厳しい箇所に対して実施

z

疲れ累積係数Ｕ≦1.0

（KK7主蒸気管，KK7RPV再循環ポンプ（RIP）ノズルの建設時設計の例） 9 Ⅲ_ASを満たす場合は，十分な許容繰り返し回数が許容されるため疲れ累積係数は有意に増加し ないものと想定

解析的影響評価の方法

U+US2=0.047 U+US1=0.034 U = 0.027 再循環ポンプノズル 主蒸気管 U+US1=0.0326 S₁地震時 U+US2=0.0326 U = 0.0326 疲れ累積係数 S₂地震時 地震なし

解析的影響評価

„

ステップ①

z

簡易評価によるスクリーニング（入力荷重の比較，応答比 による応力計算）

9

観測波による応答解析で得られる地震荷重を設計用の地震荷重と比較

9

応答倍率法による評価（中越沖地震による応答加速度と設計用加速度の比，または，

中越沖地震による荷重と設計用荷重の比を設計時の応力に乗じて評価）

„

ステップ②

z

建設時設計と同様の詳細評価を実施

z

設計温度での許容値を使用し，停止中のプラントについては必要に応じ常温

の許容値も使用する

„

ステップ③

z

実機の状態をより反映した解析による評価

9

減衰定数の見直し（電力共通研究成果の活用等）

9

ＦＥＭモデルの適用

9

時刻歴解析の実施

解析的影響評価の流れ

許容値 の温度 _{常温 運転中の温度} 設計温度 ステップ2 運転中の温度 常温 ステップ３ 運転中 KK3 KK４ 定検末期 KK５ KK６ 運転中 起動中 原子炉開放 地震時の運転状況 KK７ KK2 KK1

発生荷重＜設計荷重 発生応力＜Ⅲ_AS

影響評価フローチャート（大型機器）

大型機器 z 建屋-機器連成解析による荷重と 設計用荷重の比較 z 荷重の応答比による応力計算※ 観測波による建 屋応答の再現 JEAG許容範囲内 z建設時設計の計算手法による解析 z許容値は設計温度で設定 z必要に応じ停止プラントについて は常温での許容値に見直し 発生応力＜Ⅲ_AS z 実機の状態をより反映した解析・評価 9減衰定数の見直し 発生応力＜Ⅲ_AS Y Y Y ステップ① ステップ② ステップ③ NG NG NG ※中越沖地震による発生応力 　＝建設時の評価応力　×　応答比 応答比：中越沖地震による荷重と設 計用荷重の比 格納容器，圧力容器，炉内構造物等 z詳細な点検 z弾塑性挙動を考慮した詳細解 析による応力・歪み量評価 zより現実的な応力解析の試行 　　　　　　等

影響評価フローチャート（床置機器）

床置機器 床応答スペ クトル (拡幅無し) 観測波によ る建屋応答 の再現 各階の時刻 歴応答 z建設時設計の計算手法による解析 （スペクトルモーダル法） z許容値は設計温度で設定 z必要に応じ停止プラントについて は常温での許容値に見直し z応答比による応力計算※ z許容値は設計温度で設定 JEAG許容範囲内 z実機の状態をより反映した解析・評価 9シェル要素モデルの採用 9減衰定数の見直し 9時刻歴解析 発生応力＜Ⅲ_AS 発生応力＜Ⅲ_AS 発生応力＜Ⅲ_AS ※中越沖地震による発生応力 ＝建設時の評価応力　×　応答比 応答比：機器の固有周期における 中越沖地震による床応答 スペクトルと建設時の床 応答スペクトルの比 周期 加速度 機器固有周期 α β 建設時の床 応答スペク トル 中越沖地震の床 応答スペクトル 応答比＝α／β ステップ① ステップ② ステップ③ Y Y Y NG NG NG ポンプ，熱交換器等一般の機器 z詳細な点検 z弾塑性挙動を考慮した詳細解 析による応力・歪み量評価 zより現実的な応力解析の試行 　　　　　　　等

影響評価フローチャート（配管）

配管 床応答スペ クトル (拡幅無し) 観測波によ る建屋応答 の再現 各階の時刻 歴応答 z建設時設計の計算手法による解析 （スペクトルモーダル法） z許容値は設計温度で設定 z必要に応じ停止プラントについて は常温での許容値に見直し JEAG許容範囲内 z実機の状態をより反映した解析・評価 9シェル要素モデルの採用 9減衰定数の見直し 9時刻歴解析 発生応力＜Ⅲ_AS 発生応力＜Ⅲ_AS ステップ② ステップ③ Y Y NG NG z詳細な点検 z弾塑性挙動を考慮した詳細解析 による応力・歪み量評価 zより現実的な応力解析の試行　 　　　　　　　等

解析的影響評価

耐震設計の余裕について

解析モデルへの入力方 法について検討要 製造公差と公称値等との差を利用 試験結果が実機設備に 適用可能か検討要 耐震信頼性実証試験の活用 解析への入力方法に ついて検討要 規格値とミルシート記載値との差を利用 規格・基準値 材料強 度 許容値の 裕度 ステップ① 詳細点検のための選定基準として活用 解析評価値と 許容値の余裕 許容値に対する余裕 ステップ② モデルの精緻化（サポート剛性見直しなど） ステップ③ 電力共通研究の成果の適用 ベストフィットカーブ の保守性に関し検討要 ベストフィットカーブ適用（JEAGの値は 試験データ下限値） ステップ①② スペクトルモーダル法（拡幅無し） 適用ステップ 実機の条件をより多く取り入れた解析評価 建設時設計 ステップ③ 消散エネルギ法による減衰の評価 解析モ デル 減衰定 数 解析手 法 ばね質点モデル 現行JEAG スペクトルモーダ ル法 ＋10％拡幅 床応答スペクトル ステップ③ FEMモデルの採用 解析モデ ル等が持 つ裕度 （保守性） ステップ② ステップ③ 改定予定のJEAGで一部見直される減衰定 数を使用 時刻歴解析

z

耐震設計の裕度＝許容値に対する裕度×解析モデルが持つ裕度×許容値の裕度

床応答スペクトル

応答加速度 周波数短　　　　　　周波数長 Ｔを様々に変え てαをプロット

最大の応答加速

度をプロット

固有周期

解析手法における裕度　（１／２）

„

床応答スペクトル

ｎ 階の応答加速度 ｎ 階フロア

T

₁

T

₂

T

₃

T

₄

α

₂

α

₂

T

₂

設備2の応答加速度

設備1

設備2

設備3

設備4

各設備の特性

は固有周期T

で代表

建屋をモデル化し入

力地震動に対する

各階の応答加速度

を計算

床応答スペクトルを用いることにより，

ｎ階にある設備の各固有周期Tiの最大

応答加速度を容易に知ることができる

解析手法における裕度　（２／２）

„

スペクトルモーダル法を用いた設計手法の裕度について

z

各モードの時間変化は考えず，設備の各固有周期の最大応答を自乗和平方根

z

得られた床応答スペクトルを±10％拡幅したものより設備の各固有周期の最大応

答加速度を求めている

9

１０％の根拠⇒床応答スペクトルに影響を与える因子（地盤物性，建屋剛性，地盤ばね

定数の算出式及び減衰定数，模擬地震波の位相特性等）の変動をカバーできる

9

本解析的影響評価は，観測波を用いたシミュレーションによる地震動で評価（観測波が

測定された最地下階と中間階は観測波を使用）しているため，ステップ②におけるスペク

トルモーダル解析では拡幅を行わない

応答加速度

耐震設計の

余裕

プラント建設に当たっては，設備数が膨大であるため，簡便な設計手

法を採用している（配管系の例）

　現実的な解析モデル

○シェル要素によるモデル化

○サポート個々の実剛性を反映

○機器取合い部剛性を考慮

　現行解析モデル

○質点ばね系の簡易モデル

○サポートの剛性は一律標準剛性

○機器取合い部固定点（アンカ）扱い

解析モデルにおける裕度

„

解析モデル

応力の厳しい箇 所はシェル要素 によるモデル化 機器取合い部をアンカ（固定 点）とせず，剛性を反映 サポート剛性に一律標準値を 用いず個々の実剛性を反映