NII-Electronic Library Service 【論 文】 UDC :621
.
039.
4;620.
042.
7 :62D.
1 日本 建 築 学 会 構造 系論 文 報告 集 第 382 号・
昭和 62 年12月原
子
炉 建
屋
の
強
震 応 答
特
性
正 会 員 正 会 員秋
高
山 宏
*山
峯
夫
* * §1.
序原 子 炉 建屋 の耐 震 性を評 価 する に当たっ て 必要と さ れ る解析 手 法の完 成 度は現 在 すで に か な り高い レベ ルに達 している1)
・
2) 。 それ等の解 析 手 法は直 接設 計 に用い ら れ,
解 析 手 法が詳 細,
高 密 度に な る に従っ て, 設計に 必要と さ れ る計算量,
得ら れ た情 報 量は厖 大なもの に なっ てい る。一
方,
1 ) 原子炉 建屋 は崩壊に対して どの程 度の耐 震 的余裕 を有し てい る か
。
2
) 原 子 炉 建 屋は一
般の建築構 造物に比べて耐 震 性に おい てどの程 度の差が あ る か。
とい う原 子 炉 建 屋の耐震性評 価に か か わ る基 本 問 題に対 する答は未 だ得ら れて いない。 こ の間に答えるに は,
解 析 手 法を より精 緻なもの にす る こと は有効で は な く,
広い範 囲にわた る解析結 果を総合 して,
地 震の下に お ける地 震入力と応答 との対 応 関 係を 明確に把 握す る必 要がある。
総 合的な応答 特性の認 識に基づい て 1)耐 震的に有利な構 造 形 態は何か。
2) 細 部の構 造 形 態 と構 造 物 全 体の耐 震 性とはい か な る関 係にある か。
とい う構 造 計 画に
お け る基本 的判断が可 能とな り,ま た,
総 合 的 認 識の レベ ル におい て のみ 過去の震 害 経 験は耐 震 設 計に有 効に反 映さ れ る も の と な る。 総 合 的 認 識 が設 計 概 念,
設 計 理 念 を形 成す る。
こ の意 味で は,
い か に複 雑 な構 造 物に対して も単 純かつ簡潔な設 計 手 法 を 見いだ す ことが 可 能である。 この単純な設 計 手 法 と詳 細な解析手 段 を対置,
併 用す ることに より,
設 計 者は解析結果の諸 数 値の意味を 理解し,
大 局 的 判 断に おけ る誤り を防ぐこ とが で き る。この よ う な立 場から
,
本 論 文は原子炉 建屋の強震 応 答 特 性を大局 的に と ら える こと を試み る。
対 象は埋 込みの 無いBWR
型原子炉 建屋で,
その主たる耐 震 要素が鉄 筋コ ンクリー
ト耐 震 壁で構成 さ れるもの で あ る。
用い る 解析手段は既に過 去の研究によっ て一
般 的と なっ て い る もの である。
応 答特性 を把 握する手段と してエ ネル ギ応 答に着 目し, 以 下の点 を明ら かにす る。
1
) 系 全 体へ の エ ネル ギ入力はどの様な もの で ある か。2
) 上部 構 造へ のエ ネル ギ入力と系全体へ のエ ネルギ 入力との間に いか なる関 係 が ある か。
§2.
解析 方 法 2.
1 解析モ デルBWR
Mark
ll
型原子 炉 建 屋を対 象とする。
建 屋は基 礎 地 盤に基礎 盤 を 介 して設置され,
主 体 構 造は鉄 筋コ ン ク リー
ト壁体構 造であ る。解 析モ デル の原 型は文 献 (2
) におい て建屋の耐震余 裕評 価に用い ら れ たもの で,
建 屋 各 部の 質量 分布,
弾 性バ ネ定 数 分 布は文献 (2 )を踏 襲 し てい る。 建 屋の概 形はFig.
1に示す も ので あ る。 基 礎盤を 除く建 屋 部 分 を上 部 構 造 と呼び,
基礎盤と基礎地 盤を下 部 構 造と呼ぶ ことにする。 上 部 構 造は図示の様に 2つ の ブロ ック か ら成 り, 各ブロ ッ クの総 質 量 MSI,
M。
2 は図示の通りで ある。
基 礎 盤の総質量 Mb も 図 中に 示さ れて い る。
本 論 文で扱う解 析モ デル は Fig.
2に示/!
籥齲 7菖
冖 驫、 t“
“
’
,儡 h。ヒ 【=
65m レ鞴
}
sup ・・s・・u・… e basemat (mb )L
,,_.
訓
ms2=
14901 し§e〜’m ms,二
19101 t.
seピ’m Mb =25408t5eご’mFig
.
1
Dimension of containment bui且dingウ 東京大学 助教授
・
工博 # 福 岡 大 学 助 手・
工 修 (昭 和 62 年 3 月 17日原 稿 受理)。
7
⇔
L
/di
麟
鵠
、。 ,一
H’
H・
h。’2)⊥
H m5 15 mh、
lbKH hRKR hH / m5ニ
34002 t.
5e (flm
I5=2、
673冨
1d量・
m・
5ec2’rad Mb =25408 t.
5e(藍’rr1 』=
1.
297瑚
1dt・
m・
seピ’rad H「
=
27.
59m H ;24.
34mFig
.
2 Analytical moder一
10
一
NII-Electronic Library Service
Q
Fig
.
3 Restoring.
fo【ce characteristics of ミuperstructureさ れ る様に上部 構 造を 1質 点と し
,
基 礎 盤 を1質 点と す る 2質 点モ デル である。
基 礎 地 盤の勤 的変形 特 性は, 水 平 変位に関す るス ウェ イバ ネ と回 転 変 位に関す るロ ッキ ン グバネ, お よび そ れ等に付 随す る減 衰 機 構で代 表 させ る こ と が で き る。
地 盤は塑 性 化し な い もの とする。
上 部 質 点 を支 持する バ ネは建 屋の曲 げ変 形, せ ん断 変 形 を代 表 する曲 げせん断バ ネ と して モ デル化 され る。
各 質 点は質 量m と回 転 慣 性1を持つ もの と する。
上部 構 造に お け るバネは せ ん断 変 形 下におい て のみ塑性 化す るもの と し,
層せ ん断 力Q
と せ ん断変形 角 7 と の 間の 関 係は Fig.
3に示さ れ る よ うに,
鉄 筋コ ンク リー
ト構 造 壁 体の復 元 力 特 性の基 本 型であ る原 点 指 向 型と す る。 弾性 限界点 (Qy
,
γr)は ひ び割れ発 生点に対応す る。
第2線 分の勾 配の第1線 分の勾 配 (弾 性 勾 配 )に対す る 比βは1/10で ある場 合 を基 本 と する。 地 盤の スウェ イバ ネの バ ネ 定 数,
減 衰 定 数 をK
.,
編 と し, ロ ッ キングバ ネの バ ネ定 数, 減 衰 定 数 をK, ,h
, と す る。KH
,K
.と し て は, 半 無 減 弾 性 体 上の 円 形 基 礎 が 水 平 変 位,
回 転 変 位牽
生 ずる場 合の静 的バ ネ定 数 を採 用する。
接 地 面の反 力 分 布 を剛 板 分 布と すれ ば, K.,
K
,は次 式で表さ れ る 3〕 。 な お,
基礎盤 側面の埋込効 果は 無 視す る。
50 40 靄30 : 些E20
10 0K
・一黌
, K
・一
、警
1
)…一 …・
…………
(・) こ こでG 一
ρ鴨 :地 盤の せ ん断 剛 性, ρ :単 位体積 質 量,Vs
:せ ん断 波 速 度, v :ボアソ ン比, α :円形 基 礎の半径 矩 形 基 礎の場 合の等価半径は次 式で近似で き る。
α
;
基 礎 盤 底 面 積
______t.
.
.
__.
(2 ) π (1 )式 を適用 す るに当 たっ て, せ ん 断 波速度Vs
に かか わ らず, y
=O.
4
, p=O.
1837
t・
sec2 /m4 と し た。
減 衰 定 数 煽,
価 に関して は平 島に よ り提 案さ れて い る 値 を用いた4 }。Fig.
「
4に は減 衰 定 数とVs
との関係を示 す。 図中の減衰定数の値は,
図示の よ うに基礎盤反力が 剛板 分 布 (rigidbase
)の場 合と均一
分 布 (uniformloading
)の場 合で異な る が
,
提 案 値は太 線で示さ れ るよ うに両 者 の中 間の値を採っ て い る。
Vs〈500 m/sec の部 分は Vs >500 rn/sec の場 合の提 案 値との連 続 性を考 慮し て筆 者 が補っ たもの であ る。・
上部構造,
下部構 造ともに質量は均一
分布であ る と す る。 し た がっ て,
上部 構造,
下 部 構造 の密 度 ρ。,
ρ。は 次の 値と な る。 Ms Ps=一
一
hei・
b1・b
,十hsz・bs
’
i・
bSt
Mb ρ占;
一
一
九ゴb
且・
b2
…・
・
…・
……
(3)一
.
d邑mping used in analysi5rlgid base
「脚91dba SWAY SPRING
■
u冖}form bading 一 unibrm loading500 1000 Vs(m’5 )Fig
.
4 Applied va 且ues of dampingこ こ で
ms :上 部 構 造の総 質 量
,
7ilb :下部構 造の総 質量, ん。:基 礎 盤 厚さ,hs
、 :上部 構 造 下 部 高さ,h
。2 :上 部 構 造 上 部 高さ,b
,,
b
,:基 礎 盤 幅,b
。 i,
b
。,
;上 部 構 造 上 部の幅 (Fig.
1参 照〉 文献 (1
)を参照 して,
諸数値を 次の ように設 定し た。
mi34 002 t
’
sece /m , mb = 25408 レ secz /m,
ho=
6.
5m 、hSi=
18 m, hst=
52 m,b1
=
78 m,
b2=
77 m,
bs1;
48.
5m,
bsz;
50 m 均一
質 量 分 布の仮 定により,
上部 構 造重 心の基礎盤 上面より の高さ H,
基 礎 盤,
上部 構 造の そ れ ぞ れ の重心回り の回転 慣 性 1,,
Isは次 の値と な る。 H=
24.
34m I,=
1.
297×10T t・
m・
sec2/rad Is=
2.
673×10T t・
m・
sec2/rad 上部構 造の 弾性特 性はFig.
5
に 示す高さ H なる等 質 等 断 面の片 持ば りの特 性で代 表させ る こ と に 1500 2000 する。
片 持ば りの断 面はb
。 、 ×b
。 、 の矩 形 断 面とし,
材 料の ヤング率一 11 一
N工 工一
Eleotronio LibraryNII-Electronic Library Service t
−
bg−
↑亜
[
コ
Q ■TH
上
嶄聾
醇 口7
6s
.
旦 Ω一
GAs6t.血
3El As≡
bSd・
bs, 3 1=
bi,b5)’12Fig
.
5
Equivalent pTisrn of supelstructure をE
, せ ん断 弾 性 係 数をG
と す る。
片持ばりの先 端に水 平 力Q
を加え た場 合の先 端の変形 は次の値 とな る。a
・
一
綴
・.一
騫
こ こ で・
……・
・
・
……・
・
・
・
…………・
………
(4
) δ.:せ ん断 変 形,
δr :曲げ変 形,
As :断面積=bSi・bs2,
1
:断 面2
次モー
メ ン ト=b
§ ,・bet
/12
(4
)式よ り次 式が得ら れ る。
妥
一
・書
(
Hbei
)
2−
一 ・
…一 一 一 ・
・
(・)一
方 , 基礎 地盤が剛体で あ る 場合 (基 礎固定の場合 )の 上部構造の み の振 動に お け る 固有周 期sT は次 式で与 え ら れ る。
,
T _彑 …………・
…・
.
…一 ………….
……・
(6
> ωE
∬ ω=
2
(1
十 〇)HS
蕩
・誓
(・+ φ)一
[
{
蕩
・誓
(・+ ・)ザ
」8
(謡
H2
]
12EI こ こ で di ==GAsH
’ 傷/δ。
,
FT を設 定す れ ば,
(5),
(6)式より G,
E が 定 まる。 ax/Osの値 とし て はボック ス耐 震 壁に関 する摸 型 実 験の結 果5〕を参 考に して次の値を設定し た 。 Q!
7 lK7 / / K / / / zK / ノo
/ / / / / zK / / 聖K / ∠ /一
12
一
Fig
.
6 Hysteresis due to da皿pingδ
Tt
=
O・
2S 上部構造は無 減衰と し た。
下 部構造の 減衰はス ウェ イ,
ロ ッキングの各バ ネに減 衰特性 を 賦 与 し た。
無 減 衰の場 合のバネ定 数 をk
と す れば,Fig.
6
に示す よ うに, バ ネの復 元 力 特 性 を 負 荷 過 程 と除 荷 過 程で異な る2
つ のバ ネ定 数 孟, ,h
を持つ もの にする ことに よ り, 減 衰 特 性 を賦 与す ることが で き る。h
と ,h
, ,h
は次 式で対 応づ けら れる6}.
、楠滞
1
評
(
πhe 輝 十1
)
’・
κ ・iC
−1i
=h
’・
(
π 九 egf:xv 十1
)
左 こ こで ん 減 衰 定 数一・
・
・
・
・
…
(7 ) 応 答 解 析に用い た地 震 記 録はEl
Centro
NS
成 分 (1940
May
)一
最 大 加 速 度 342 ga1,
継 続 時 間 置o=
15sec一
と人 工 地 震 波
一Magnitude
6.
5 , 震 央 距 離 7.
2km,
乱 数 位 相,
最 大 加 速 度 373ga1,
t
。=
20.
5sec7L で あるe 地 動 は スウェ イ,
ロ ッキングバ ネの基 部に入力される。 2.
2 エネル ギ入 力の 定 義Fig,
7に示す よ う にス ウェ イ・
ロ ッキングバネの基 部 の地動変位を y と す る。
基 礎 盤 重心の変位と 回転角 を Xe,
尻,
上部 質 点の下 部 質点に対す る相 対変位, 相 対回 転角をx,
θ と す る。
2質 点 振 動 系の無 減 衰の場合の振 動 方 程 式は次 式で表 さ れ る。
Ms (ご睦十 記o十 θ,H ’
〉十kxx・
ユ:十丿bxe.
θ=−
Ms !ノ 亅警(θo一
トθ)→一
海 a「
●
x 十hee・
θ=
O m ・Xe
+h
・(
あ讒
姻一
(k
… x +た… θ)一一
M ・V
・,b
,+h
.a 一
砲
一
Sah
,)
与
一
(ib
… x +h
・e・
θ)
H ’
一
(h
… x+h
・θ・
θ)=
・
o…・
……一 ……・
………
(8
} こ こ で[
器
[
嚇
(1
+Φ)H2
(1
十Φ)H
:基 礎固定 時の上 部 構 造の剛性マ トリック ス蒲
]
勹
.茸
』 冷翻
「
コ
ロ
コ
ロ
噛
「
。h ユ
r
…
r}
}
…
…
.
一
諍
上
e。 9Fig
.
ア Co・
ordinate systemNII-Electronic Library Service
12EI
φニ
ゐr =H
十ho
/2
GAsH2
地 震に より構 造 物に投 入さ れ るエ ネルギは構造物に ひず み をもた ら す成分と剛体運 動 を もた ら すの み で ひずみ を もた らさない成 分 とか ら な る。
構 造 物の耐 震性を論ずる 際に後 者 を考 慮 する必 要はな く, 構 造 物に ひずみを もた らすエ ネル ギ をエ ネル ギ入力と して把 握す れ ば 十 分であ る。 こ の意 味に おけ るエ ネル ギ入力は, 構造物の基部を 固 定 端と して振 動 方 程 式 を表 現し た場 合の構 造 各 部に加 わる地 震 力の なす仕事 として求め ること ができ る。
し た がっ て, 建 屋 全体系へ のエ ネルギ入力 (総エ ネル ギ入力 ) は スウェ イ・
ロ ッキングバネの基部を 固定端と し た場 合 の振 動 方 程 式にお け る各 質 点に作用 す る 地 震 力のな す仕 事に等しい。
(8
)式に お け る第 1,
第 3式の右 辺が地 震 力を表現して おり,
各質点の構 造 物 基 部に対する相 対 変位 増分に地 震 力 を乗 じ,
こ れ を地 震 継 続 時 間で積 分す ること に よっ て, 総エ ネル ギ 入力EKt
}は次の よ うに得 ら れ る。
E
・ω一
跚抽
d
(x +・・+aH
り一
皿鞭
儡・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
−t・
(9)ET
は時間t
の関 数で あ り,
減衰 性の強い 系,
ない し塑 性化が顕著な系で はt
の増 加 関 数と.
な り,
地 震の全 継 続 時間t。
に お け るエ ネル ギ入力が最大値と な る。 し か し,
純 弾性 系に近い系で は t= t。
の時が 必ずし も最大 値と は な らない。 こ こで扱 う系の 復 元 力 特 性はFig.
3 に示 す よ うに原 点 指 向 型であ り, 後 述の よ うに擬 似 弾 性 的な系で ある。
し たがっ て,
エ ネルギ入力 E. と し て,
E,(t)の 0〈 t≦ t。
に おける最 大 値 を 採る ことにする。
すな わち,
総エ ネル ギ入 力E7
は次式で定 義 され る。 E・−
max卜
煽
ε 沸 + x・・a
・・
)一
四・ズ
漁,
0
〈t
≦t
・]
……・
…・
…・
・
(・・) 上部 構 造へ のエ ネル ギ 入力を求め る際には上 部 構 造 基 部 を固 定 端と し て振 動 方 程 式 を記 述す る 必要が あ る。 そ れ は 次の よ う に書か れ る。m 。x+
kxx・
x+kxe
θ;−
mStv +x。+b
。H
り1
』lj
十ke
「・
x十んθθ・
θ=− 1
』∂。…・
・
……
∴…一 ・
………
(11 ) したがっ て,
(10)式と同じ意 味にお け る上 部 構 造へ の エ ネルギ 入 力 餅 は次 式の よ うに定 義さ れ る。
・争一 m ・ ・
{
吻イ
(鵬 ・ll
・H ’
)dx
一
為伽
・,
・<t・ t・]
・
……・
…・
・
……
(・2) 質 量の影 響 を取り除くために, 総エ ネル ギ入力, 上 部 構 造へ のエ ネル ギ入 力を次 式に よ り変 換し た速 度 換 算 値を 定 義 する。」
2E,v
・=
(Ms +M 、)’
… ’
’
”…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(13−1
)・を一
溺
………・
一 ・
……・
一 ………
(・3−
2) こ こ で VE:総エ ネル ギ入力の速度換 算値 監 :上 部 構 造へ の エ ネル ギ入力の速度換 算 値 2。
3 損 傷の尺 度 損 傷の尺 度と して は せん断ひび割れ発 生 以 後の塑性 変 形の累積値を と り上 げる。Fig.
3を 参照 し て,
累 積 塑性 変 形 倍 率 ηを次 式で定 義す る。
・
一
軟
………・
・
7…・
…一
・
・…・
…・
(・4 ) こ こで γγ:せ ん断ひび割れ発 生 時の γv rPt:塑 性せ ん断 変 形 角 増 分2.
4 系の 1次 固 有 周 期の略 算 値 系の 1次 固 有 周 期は構 造 物へ のエ ネル ギ入力 を支 配す る基本量 で あ る。本 項で は 1次 固 有 周 期の略 算 式 を示 す。Fig.
2に示す 2質 点 振 動系の場 合,
上部 構 造の回 転 慣 性 を無 視す れば,1
次 固 有 円 振 動 数 ω は次 式 による解の最 小 値で与え られ る。
xs−
[レ(1
十μ十λ)十v”十VR]X2
十[VVR〔1十μ} 十 vvKl 十 λ)十ンH ンk]X −
vvκVn= 0・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一
・
…
一
一
・
・
・
・
・
・
・
…
(15 ) こ こで ω2=X
・
一
(
2
π FT)
一
舟
VR−
fL
,
・一
需
,
msH ’2 λ=
=
(15 )式の近 似 解は次 式で与え ら れ る。
ω=
min }ω1,
ω2}…一 ………・
・
一 ………・
…
(16>・
i
−S
[
・(1+・)・・VH−
・(1+ ・}・ ・卜 ・司
tol= YVH VR/(PVRPt十vy κλ十Yκ レR) (16)式の精 度 をこ こ で検 証 して お く。
パ ラ メー
タ と し て は次の諸 数値を考慮す る。V
.=
=
200,
600,
1000,2000m
/secO.3
≦μ≦4.
0 0.
5Ho ≦H ≦3HoO.
021
.≦1
,≦41
. こ こでH
。,1
、。 :Fig.
2
に 示 す原系に お け るH ,1
,,
Fig.
8
に (16 )式に よ る 1次 固 有 周 期の略 算 値 eTi と(15 ) 式 に よ る 精 算 値T
、 を 比 較 し て 示 す。
0,
85
く eTtfTi
≦1.
0
であ り,
略算式 は 十 分 な 精度を もっ てい る といえ る。
Fig.
9はls
キ0の場 合の略 算 値 と精 算 値 との比 較 を 示 す。
こ の場合は (15 )式は厳 密に適用で き な い が, (16 ) 式に よる略 算 値の 精 度は良 好で あり, (16)式は lsキ0一
13
一
N工 工一
Eleotronio LibraryNII-Electronic Library Service 1r
δ
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一 ⊃冫彫
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三
拶
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8 0HIHo ;O.
5 0β olbtlbO=
4、
O ● 1.
3 0 1、
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10 A O.
7 ム 20△
0、
24 0.
7 ロ 3.
O O 7 ロ 002 − Vs L・
_
____
亠___
_亠__ −
Vs T−⊥一
一一
一⊥一
一一
一一
一
一一
一一
Vs(mt5 } 600 1000 2000 600 1000 2000 200 200 600 2000 200 1000Fig.
8
Accuracy oi apploximation (ls=
0) eTltTl10 09 08 07ブ
彡
諺
曲 oユ
ー 1 0〆
ジ
0373 4100罵
bm51mO ■ム
ロ 08 07 oHIHo=
e.
5■
10 n 2.
Oロ
ヨ.
O eTllTlIo o.
9 0.
8一
・−
s0.
74
/
ド
/
.
/一
.
_
.
.
一
一
〇’
膨}
Olb ’ibに4、
O 9ム
囗
1.
OO240D2 一 200Fig
.
9 Accuracy of apProximation (IsキO)6Q。 1QOO 2
・〔m1・1 200 100 0 VEiCm/5ec) 200 t「um a )EL CENTRO (NS) 100 FT ec) O O
.
5 1(sed b}SIMULATED EARTHQUAKEFig
.
10 Energy spectrumの場 合も含め て
一
般に適 用 可 能である とい え る。
2.
5 地震 動の エ ネル ギス ペ ク トル 地 震 動のエ ネル ギスペ ク トル sVE (T
>をh ・
− O.1
な る 弾 性 1質点 系に お け るV
.−T
関係に より定義す る。
解 析に用い る地 震 動の エ ネルギス ペ ク トル がFig.
leに示 さ れて いる。 エ ネルギス ペ ク トルは 図示の破 線に よ り近 似で きる。
すな わ ち,
短周期領域では。VE
は T に比例し,
長周 期 領 域では 1ない し2本の 線 分で包絡で き る。Tc
は 短周 期 領 域と長 周 期 領域との 限 界の周期で あ る。
図中 に は無 減衰系にお け る V,−
T 関係も示さ れて い る。
無 減 衰 系における V.−
T 関 係はT
に対す る変 化が大き く,
エ ネル ギスペ ク トルはこれ をT
に関 して平均化し た も の に相 当し てい る6 )。
2.
6 塑 性化する系に お ける等価固有周期 復 元 力 特 性がFig.
3に示す 形態を持つ 場合,
系の 固 有周期は η の増 大に伴っ て 増 大 する。
Fig.
11 に示 す よ うに,.
ヒ部 構 造に おい て正 負の方 向に等しい塑性 変形が 生 ずる と仮 定す れば,
累積塑性 変形 倍 率が ηに達し た 状 態で は,
固 有 周 期は図 中の割 線OB
の こ う 配に対応 する値 T,と な る。
初 期 弾 性 時の固有周期を Teと し,
地 震 終 了 時の 固 有 周 期をT
,と す る。 ま た,
塑 性 化 後 も系は短 周 期 領 域に一
14
一
N工 工
一
Eleotronio Library Servioe「
NII-Electronic Library Service 1 O
.
5 o 10 Q oKFig
.
11 Degradation in stiffness0
10 O、
4 0.
811
.
2 a>EL CENTRO (NS 》 Fig.
12 10 属す る もの と仮 定する。
す なわ ち,T、〈 T、で ある と する。Fig.
10に示す よ う にv
,− T
関係は原点 を通る直線で表 される。 固 有 周 期の連 続 的 変 化に際して各 周期において一
様にエ ネルギ が系に加え ら れ る も の と す れば,
総エ ネ ルギ入力は次式で表さ れ る。島 一
∬誓(
v
。TTc)
2殺
…・
一 ……・
・
…
(・7 }一
方,
(17 )式と同一
の総エ ネル ギ入力 を 与え る 固有周 期の代 表 値を Tηと書け ば, Er は次式の よ うに書け る。E・一 !
II
−
(
v
。 T。Ta
)
z……・
……・
…・
・
…・
……・
…・
(・8
) (17), (18 )式を等置す れ ば,T
η は次 式の ように表 現で き る。 To十Te・T1
十Tl
T
η=
3
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(19)To
>T
σの場合は eVE=
const と 考え られ ること か ら,
こ の場 合 T 1.
6、
O O.
4 0.
6 1.
2 1.
6(sec ) b)SIMULA丁ED EARTHQUAKETotaL energy input
o0
.
4a)EL CENTRO (NS )
T
O
.
8 1.
2 1.
6 0 0.
4 0B 1.
2 1,
6(sec ) b)SIMULATED EARTHQUAKEFig
.
13 Tota且energy input(rTo=
O.
2sec >△
i1 牡 1 O.
5 口 τ τ O.
5 1 0 0.
5 1 a)ELCEN
丁RO (N$) b)SIMULATED
EARTHQUAKE
’
Fig。
14 Energy input into superstructureも (
19
)式を用いることの不 都 合は無い。
To
〈 既 〈 T1の場 合 は Tnの表 現は (19 >式と若干 異な るが, その場 合もTn
は 近 似 的に (19)式で表され る。
To は (6 >式に よ り求め ら れ る。 上 部 構 造の塑 性 化に よ り 変 化 するの は (6)式にお け るG
の み で あ る。Fig.
11 を参照 す れば, ηに対 応す る上部 構造 のせ ん断弾 性 係数GI
は次の値 と なる。G
,−
1誇
・
G
・…・
…・
(・・) こ こ でG
。 :初 期せ ん断 弾 性係 数, 万=
η/2 し た がっ て , (6 )式の 適 用に 当たっ て, φ と して, Φ=
12E
∬〆GiAsH
’ を 用 い る こ とに よっ て T,が求め ら れる。
§3.
応答 特性3.1
総エ ネルギ入力Fig.
2に示す原 系へ の総
エ ネ ル ギ 入力の速度換 算 値VE
を求・
め た結果がFig.
12,13
に示 さ れて いる。 上部 構造の 1 次固有 周期の基準値と して,
基 礎 固 定,
Is
==O
の 場合の1
次固有周 期 FT。
を 採 り, FT。
を0.
l sec,
0.
2 sec, O.
4sec の 3通りに変一
15
一
N工 工一
Eleotronio LibraryNII-Electronic Library Service 化 させた。 Isキ0の場 合の基 礎 固定 時の上部 構造の 1次
.
固 有 周 期 尸T は FT = ・1.
12 ,T
。と な る。
Fig.
12は上部 構 造が弾 性の場 合の応答を示し,Fig、
13 は rp=
・
10,
40 の 場 合の応 答 を示 す。Fig.12
の場 合の横 軸は弾性時の系 全 体の1次 固 有 周 期 を採り,Fig.
13
の場合の横軸は (19) 式で与 え ら れる等 価1次 固有周期を採っ てい る。 総エ ネ ル ギ入 力 の速 度 換 算 値は図 中に実 線で示さ れ るエ ネル ギ ス ペ ク トル値と良く対応し て おり,
エ ネルギス ペ ク トル およ び (19 )式で与 え ら れ る等 価 周 期 を用い る ことに よ り総エ ネル ギ入力は予 測 可 能と なる ことがわか る。
3.
2
上部構造へ のエ ネルギ 入力Fig.
2に示 す 原 系につ い て,
総エ ネルギ 入 力の速度換 算 値Vs
((13−
1)式 ), 上 部 構 造へ の エ ネル ギ 入 力の速 度 換 算 値 VL (〔13−
2)式 )を求め,
その比 率 v (=Vk
/V
.) と周 期 比 率τ との関 係 を示し た もの がFig.14
であ る。 周 期 比 率 τは次 式で定 義さ れ る。
。
一
曇
.
……….
.
.
….
…….
.
…….
.
.
.
……
(2
、)石
こ こでTn
:上部 構造の 等価周期がT
ηで あ る時の 系 全 体の等 価周期 η=
0の 場 合の Tn はTo
で あ り,Tn
の算 出に は (16 ) 式の略 算 式 を用いてい る。
r とVs
の関係はTable
1
に 示さ れ て い る。
図 示の よ うに,
FT 。 , η, 地震波に か か わ らず, v−
r 関 係の上 下限 は ほぼ次式で表さ れ るこ と が わか る。
上限値 :v=1− O.
81−
Ti…一 ……・
……・
…
(22−
1)下 限値:v
=1一卩
………・
…………
(22−
2) 以下に v一
τ 関係に及ぼ す諸パ ラ メー
タの影 響につ いて 検 討す る。 (a )質 量 比 mblt η s の影 響 原系に おいて はMb /Ms=
0.
75で あ る。 Fig.
15 は原 系と異な る Mb /Ms に対 する応 答 結 果を示す。
図か ら (22 )式の適 用範囲は ほぼ次式で与え ら れ るこ と が わ か る。
Mb /Ms ≦3.
0……・
…・
一 一
………
(23> (b )地 盤の減 衰 特 性の影 響 原 系の減 衰特性はFig.
16
に示さ れ る もの である。 こTabie l
Relation
between
lノ』and τ Vs FT。 〔Sec } 瓶 皿is O.
1 0.
2 0、
4 10 4e 20D400fiOO80010001200140016DOlSOO200G0,
0930.
L840.
2720.
3570.
4360.
5090,
5740.
6320.
6760.
7L4 0,
1840.
3570,
5090.
6320.
アL40.
刀 40.
819D.
BSIO.
B780.
898 0.
∬ 70.
6320.
7740.
B5] 0.
8980.
9260.
9440.
9560.
9fi50.
97工 0.
2640,
4630.
6340 」 380.
8070.
8540.
8860.
9090.
9260.
939 O、
2910.
S380.
7020.
1960.
8540.
8920.
9170.
9350.
9470.
95ア一
16
一
1 O.
5 O O.
5 Fig,
15
Effect of Mb /Ms τ − 05 o h’hD2 1,
5 1 0.
5 500 05 Fig.
16 Effect of h 1 1.
5 2 1TVhth
。 2.
52
/h≡
hoFig
.
17 Relatioロbetween〃ん。 aロd vh軌。
/り九 納。
の原 系の地 盤バネの減衰 定数を
he
と し, 地 盤バ ネの減 衰定 数 を0.
lh
。≦h
≦2.
〇九。の範囲で 変化さ せ て得た v一
τ関係がFig.
16に示 さ れて いる。
各 r の 値に対 して v. 軌h./vh.
h。を求め, Vh軌 。/Vn.
h。− h
/h。の関係を示し た もの が Fig,
17で ある。
図か らお おむね 次の関係が存 在する こ と が わ か る。 N工 工一
Eleotronio LibraryNII-Electronic Library Service 0 口
。
o 1 0,
5 0 O,
5 Fig.
18 Effect of β VE Ccmls) 100 01t 10 c T α4 0β 1.
2 1.
6 0 0.
4 α8 1、
2 1,
6(5ec )a )EL CENTRO (NS) b}SIMUしATED EARTHQUAKE
Fig
.
19 V畫with O,
9≦ r ≦1.
0ll
/
A
≡
ll
−
(
彑んo)
一
゜”5・
………・
……・
…・
・
…………
(24) (c )復元力 特 性に お け る剛 性 比 率 βの影 響原 系に お いて は,
Fig.
11に示す第 2線 分の こう醢
の 第 1線分の こ う配 に 対する 比 率 β は 0.
1で ある。
Fig.
18 は β≠o.
1の場 合の v一
τ関 係 を示す。 β〈o.
1の 場 合に は (22 )式は適用可 能で あるとい え る。
弾 性 系 (β=
LO )に対し て も (22)式は適 用 可 能である ことか ら, 0≦β≦1.
0に対して (22) 式は適 用 可 能で あ.
る と結 論で き る。
Fig.
14に示 すように 0.
9< τ< 1.
0 で は r >1.
0とな ることはあり得る。 しかし, こ の場 合でも上 部 構 造へ の エ ネルギ入力の速 度 換 算 値はFig.
19に示す よ うに,
そ の上 限 値はエ ネル ギスペ ク トル 。VE (T
。)で与え られ る。
一
方,Fig.
14
で示し た よ う に,
系 全体へ の総エ ネルギ 入力の速 度換算 値VE
は。VE
(T
,)で与え られ る。
し た がっ て, 原系に おける上部構造へ のエ ネル ギ入力の速度 換 算 値 陛 の上 限 値 % は次 式で 与え られ る こ とに な る。
O.
9≦ τ≦L
の場 合v ’
i−
sVut
T
η)・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
…
(25 ) r〈0.
9の場合Vk
=(1− 0.
81一
τ’)。VA T。) §4.
結 語 鉄 筋 コ ンク リー
ト構 造 原 子 炉建屋 を 地 盤 バネ付き基 礎 盤お よ び 上部構 造か ら成る2
質 点振 動系に置換し, 上部 構造 (基礎盤を除く建屋本体 )へ のエ ネルギ入力 を求め た。 上 部 構 造へ のエ ネル ギ入 力の上 限 値 餅 は次 式で与え ら れ ること が明ら か と なっ た。−
m 。v
?・
・
−t・
s4・
・
一
・
…
一・
・
・
・
・
…
一
一
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(26 )El
=2
こ こで Ms :上部構造の総 質量 偽 は次式で与え ら れ る。
’
i7k
−
(
彑 んo)
→一
・・
8
・一
・・ル嘛
)・
・
……
(2・〉 た だ し,
Yk>sVE
(T
η)の場 合に はVk
= 。VE
(Tn
)と す る。
こ こで 。VE
(Tn
):T ’
・
T
η におけるエ ネルギス ペ ク トル値 τ=
・
T。/TnT
が 基 礎 固 定の場 合の上 部 構 造の等 価 周 期 丁が 上 部 構 造の塑 性 化の影 響 を考 慮し た等 価 周 期 ん :地 盤バ ネの減衰定 数h
。:Fig.
4に示す原系にお け る ん た だ し, (27 >式の適 用 範囲 は m /ms ≦3.
0
で あ る。
参考 文 献 1) 原 子 炉工学 試 験セ ン ター
:耐 震 設 計の標 準 化に関 する調 査報告書,
昭和61年3月 2} 建 築 研 究 振 興 協 会 受 託 研 究 報 告 書二原 子 炉 建 屋 耐 震 余 裕 の評 価 法の研究,
昭 和 60年3月 3)金 井 清,
田治 見 宏,
大 沢 畔,
小 林啓 美:地 震 工 学,
彰 国社 4>平島新一
:原 子 炉建屋の減衰量,
日本建築 学会 大会 梗概 集,
昭和 55年9月 5) 宮 崎 吉 英,
羽 山 清一,
富 井 隆,
牧 田 敏 郎,
渡 部 丹 : 建家の復元力特性に関す る研究 (その 6)ボッ ク ス耐震 壁に関す る実 験,
日本建築 学会 大会梗概 集,
昭和59年 10月 6} 秋 山 宏:建 築 物の耐 震 極 限 設 計,
東 京 大 学 出 版 会,
昭 和 55年 7} 模 擬 地 震 動 作 成 手 法 研 究 会 (代 表 大 崎 順 彦 )“
模 擬地 震 動 作成 手 法の改良につ いて,
昭和59年3月一
17
一
N工 工一
Eleotronio LibraryNII-Electronic Library Service
SYNOPSIS
UDC:621.039.4:620.042.7:620.1
RESPONSE
CHARACTERISTICS
BVILDINGSOF
NUCLEAR
POWER
PLANT
DURING
EARTHQUAKES
CONT:AINMENT
by Dr.
HIROSHI
AKIYAMA, Assoc,Prof., Univ,and MINEO [[AKAYAMA, ResearchAssociate.
Umversity,Members of A.I.
J.
of Tokyo,
Fukuoka