CN110725342B - 一种适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构。其包括桩、设置在桩上面的碎石隔震垫层，设置在所述碎石隔震垫层上的下筏板，下筏板的四周设置有地下剪力墙，下筏板的中间通过一组间隔设置的三维隔震装置和电涡流隔震装置安装上筏板，上筏板上设置有核电站双层安全壳结构和裙房结构，核电站双层安全壳结构位于所述裙房结构中间，地下剪力墙与所述的裙房结构的侧壁之间设置有电涡流隔震装置，所述地下剪力墙的顶部与所述裙房结构之间设置有上盖板。本发明有三道隔震防线：隔震碎石垫层、双筏板间三向隔震层、内外安全壳间隔震层，能够改善桩顶受力、减小地震力向上部结构的传递并减小上部结构惯性力向基础的传递。

Description

一种适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构

技术领域

本发明属于核电站基础技术领域，涉及一种适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，具体为双层筏板、新型三维隔震体系、新型复合隔震桩基础的组合运用。

背景技术

基于核电能源清洁低碳特性，得到越来越多国家的青睐。核电站安全性是核电站建设过程中的重中之重，最新一代核电站采用双层安全壳结构。经过调研我国核电站内部与核安全有关的重要建（构）筑物均采用筏板基础，以硬质岩石作为持力层，岩体剪切波速值较高，能有效控制差异沉降。

随着核电站需求的增加，基于目前苛刻的厂址要求，能够满足要求的核电厂址越来越少，地质条件不理想的软土地区开始列入核电厂址的考虑范围。在软土地主要采用的基础形式为桩基，但是，目前尚无核筒采用桩基础的先例。软土地区筏板基础无法控制差异沉降，会造成筏板不均匀沉降，对核电站内部重要管道的影响是必须要考虑的因素。核电站系统放射性废液系统管线有可能超过土壤或地下水放射性水平。地震作用下，桩筏基础桩顶弯矩较大，且引起筏板防水施工的困难。另外，核电站需满足SL1和SL2两级设防目标，对于强震厂址的核电站需采取减震或者隔震措施以满足两级设防的要求。目前，基础隔震一般只进行水平隔震设计，竖向隔震尚未获得广泛的应用。根据国内外地震实测资料显示，地震的竖向作用分量在高烈度区及近断层地震区，有可能超过水平地震作用分量，造成结构破坏和倒塌。

发明内容

本发明提出一种适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构。基础采用带隔震垫层桩筏基础，桩基础能适用于软土地基，扩大了核电选址的条件要求，提高核电站厂址储备。并且，能够有效保障核电结构的安全性，核电站系统放射性废液系统管线位于双层筏板之间，防止出现土壤或者地下水的核污染事故。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，包括桩、设置在桩上面的碎石隔震垫层，设置在所述碎石隔震垫层上的下筏板，所述下筏板的四周设置有地下剪力墙，所述下筏板的中间通过一组间隔设置的三维隔震装置和电涡流隔震装置安装上筏板，所述上筏板上设置有核电站双层安全壳结构和裙房结构，所述核电站双层安全壳结构位于所述裙房结构中间，所述地下剪力墙与所述的裙房结构的侧壁之间设置有电涡流隔震装置，所述地下剪力墙的顶部与所述裙房结构之间设置有上盖板；每个所述三维隔震装置包括由下混凝土墩、橡胶支撑和上混凝土墩组合起来的隔震橡胶支座，所述隔震橡胶支座的四周分别设置有一对平行的水平支撑，每对平行的水平支撑之间安装有一个混凝土下支座，所述混凝土下支座的底部通过一组竖向弹簧支撑在所述的下筏板上，每个所述混凝土下支座与所述水平支撑接触的位置设置有滑槽，所述水平支撑上设置有滑槽螺栓，所述滑槽螺栓限位在所述的滑槽里面，每个所述混凝土下支座的上方对应设置有支撑所述上筏板的混凝土上支座，所述混凝土下支座和所述混凝土上支座之间通过可调节钢管支撑。

所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，所述下混凝土墩的四周与所述混凝土下支座之间设置有一组N、S磁极交错布置的磁铁。

所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，所述可调节钢管包括安装在混凝土下支座上方的钢槽中的外套钢管，所述外套钢管中套装有支撑所述混凝土上支座的内套钢管，所述外套钢管与所述内套钢管之间通过连接插销固定。

所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，所述电涡流隔震装置包括电涡流混凝土支座，所述电涡流混凝土支座上通过固定螺栓安装一个方匣，所述方匣的侧壁固定安装有N、S磁极交错布置的磁铁，所述方匣的中部安装有中心转轴，所述中心转轴上安装有绕线器、金属导体、环形弹簧，形状记忆合金丝的一端缠绕在绕线器中，另一端穿出所述的方匣固定在上筏板/裙房结构上。

所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，所述核电站双层安全壳结构包括内安全壳和套装在所述内安全壳外部的外安全壳，所述内安全壳的底部与所述上筏板之间通过所述的三维隔震装置支撑，所述内安全壳的顶部和外安全壳的顶部之间设置穹顶电涡流装置。

所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，所述穹顶电涡流装置由穹顶金属导体板和穹顶磁铁组成，所述穹顶金属导体板安装在所述内安全壳的穹顶外部，所述穹顶磁铁安装在所述外安全壳的穹顶内部。

所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，所述桩的顶部嵌入碎石隔震垫层中的长度为桩直径的0.5倍；所述碎石隔震垫层厚度为桩直径的1-2倍。

有益效果：

1.本发明采用隔震垫层作为第一道隔震防线，隔震垫层采用直径8-10cm鹅卵石，地震作用下能发生水平滚动，耗散地震能量，减小上部结构的地震反应。同时，上部结构由于地震作用产生的惯性力通过隔震垫层传递给桩基础，垫层能削弱上部结构对地下结构产生的惯性力，桩头不与筏板刚接，改善了桩头的受力情况，大大减小了桩顶的弯矩。筏板底可以更方便的铺设防水材料，不受桩头影响，改善了施工工艺。

上筏板-三向隔震层-下筏板-隔震垫层-桩基基础形式，采用双筏板体系，能够有效保障核电结构的安全性，核电站系统放射性废液系统管线位于双层筏板之间，防止出现土壤或者地下水的核污染事故。

2.本发明在上筏板和下筏板之间设置三向隔震层作为该体系的第二道隔震防线。橡胶隔震垫和电涡流竖向隔震系统能够有效吸收地震能量减小传递到上部结构的地震力，电涡流竖向隔震支座上部设置了钢管套筒装置，鉴于隔震垫的使用寿命，钢管套筒装置在更换隔震垫时候，安装插销螺栓使钢管套筒作为竖向受力构件，将力传递给支座，实现隔震垫的更换。核电站在地震作用下发生水平和竖向运动，上筏板和下筏板之间发生水平相对运动，侧壁和地下剪力墙之间存在竖向相对运动，新型电涡流耗能装置在相对运动作用下，中心杆发生旋转运动，导体板做切割磁感线运动，最终动能转换为热能耗散，地震能量终被削弱。

3.本发明的双层安全壳内部安全壳底部隔震装置和顶部穹顶减震装置是该体系的第三道隔震防线。内部安全壳底部三维隔震装置进一步吸收地震能量，使得传递到核电内部结构上的地震能量被再次削弱，另外，其顶部设置的电涡流隔震装置，能够在双层壳内壳和外壳发生相对运动时，产生电涡流，最终地震能量转换为热能被耗散。

附图说明

图1为该一种适用于软土地区的三维多防线双筏板隔震结构的侧视图；

图2为本发明的三维隔震装置侧视图，即图1中A处的局部放大图；

图3为本发明的三维隔震装置俯视图；

图4为本发明的电涡流隔震装置主视图，即图1中B处的局部放大图；

图5为本发明的电涡流隔震装置侧视图；

图6为本发明的电涡流隔震装置俯视图；

图7为本发明的双层穹顶电涡流隔震装置侧视图，即图1中C处的局部放大图。

图中有：桩1、碎石隔震垫层2、下筏板3、地下剪力墙4、上筏板5、橡胶滑动支座6、上盖板7、裙房结构8、内安全壳9、外安全壳10、竖向弹簧11、穹顶金属导体板11a、穹顶磁铁11b、混凝土下支座12、钢槽13、滑槽螺栓14、滑槽15、金属导体板16、磁铁17、水平支撑18、橡胶支座19、外套钢管20、连接插销21、内套钢管22、混凝土上支座23、电涡流混凝土支座24、固定螺栓25、方匣26、电涡流磁铁27、绕线器28、中心转轴29、金属导体30、环形弹簧31、形状记忆合金丝32。

具体实施方式

本实施例的一种适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，如图1所示，桩1嵌入碎石隔震垫层0.5d（d表示桩的直径）。碎石隔震垫层2采用8-10cm鹅卵石，垫层厚度1-2d。下筏板3与垫层接触面，粘贴防水卷材和防辐射材料。所述下筏板3的四周设置有地下剪力墙4，所述下筏板3的中间通过一组间隔设置的三维隔震装置A和电涡流隔震装置B安装上筏板5，所述上筏板5上设置有核电站双层安全壳结构和裙房结构8，所述核电站双层安全壳结构位于所述裙房结构8中间，所述地下剪力墙4与所述的裙房结构8的侧壁之间设置有电涡流隔震装置B，所述地下剪力墙4的顶部与所述裙房结构之间设置有上盖板7；

上筏板5和下筏板3之间为三向隔震层，其间设置三维隔震装置A和电涡流隔震装置B。

三维隔震装置A由竖向弹簧11、混凝土下支座12、钢槽13、滑槽螺栓14、滑槽15、金属导体板16、磁铁17、水平支撑18、橡胶支座19、外套钢管20、连接插销21、内套钢管22、混凝土上支座23组成。混凝土下支座12下部与下筏板3之间设置竖向弹簧11。外套钢管20和内套钢管22之间设置螺栓孔，可以安装连接插销21，在正常工作阶段连接插销21不需要安装，能保证外套钢管20和内套钢管22可以产生相对运动；若需要更换橡胶支座，则需要将连接插销21安装，混凝土上支座23通过外套钢管20、内套钢管22和连接插销21组成的竖向构件将力传递给混凝土下支座12，释放橡胶支座所受力，更换完橡胶支座再将连接插销21拆卸。竖向弹簧11、混凝土下支座12、钢槽13、外套钢管20、内套钢管22组成的竖向体系，在地震作用下能发生竖向运动，由于钢槽13和外套钢管20之间半圆槽连接方式能允许外套钢管20和内套钢管22发生倾斜，保证了橡胶支座19发生水平运动时整体新型三维隔震装置内部的协调工作。为防止竖向弹簧11在水平地震作用下发生水平运动被剪坏，混凝土下支座12和橡胶支座19的下混凝土墩设置水平支撑18，在水平地震力作用下，水平支撑18能保证混凝土下支座12不发生水平运动，并且设置了由滑槽螺栓14和滑槽15组成的滑动体系，使得混凝土下支座12能进行竖向运动。混凝土下支座12与橡胶支座19的下混凝土墩在竖向地震作用下产生竖向相对运动，混凝土下支座12靠近橡胶支座方向安装金属导体板16，橡胶支座19的下混凝土墩上安装磁铁17，在地震作用下相对运动使金属导体板16做切割磁感线运动，在金属导体板内部产生电涡流，耗散地震竖向能量，最终转化为热能耗散。

电涡流隔震装置B由电涡流混凝土支座24、固定螺栓25、方匣26、电涡流磁铁27、绕线器28、中心转轴29、金属导体30、环形弹簧31、形状记忆合金丝32组成。电涡流隔震装置内部，电涡流磁铁27固定在方匣26的侧壁，方匣26的中部安装中心转轴29，中心转轴29安装绕线器28、金属导体30和环形弹簧31。形状记忆合金丝32一端固定在上筏板5，一端缠绕在绕线器28中，下筏板3和上筏板5地震作用下发生水平相对运动时，形状记忆合金丝32被拉伸，反方向运动时形状记忆合金丝32在绕线器28和环形弹簧31的作用下回缩到绕线器28内，在这种运动下带动中心转轴29转动，中心转轴29上固定的金属导体30在电涡流磁铁27形成的磁场中做切割磁感线运动，金属导体内形成电涡流，耗散地震能量，最终以热能的形式耗散，削弱传递给上筏板5的地震能量，减小了上部结构的动力响应。同理，新型电涡流隔震装置B也被设置在裙房结构8和地下剪力墙4之间，裙房结构8和地下剪力墙4产生相对运动，带动中心转轴29转动，使得金属导体做切割磁感线运动。

本实施例的核电站采用双层安全壳结构，其内安全壳9底部和上筏板5之间设置新型三维隔震装置A，能进一步隔震，保护内部重要结构和设备的安全。内安全壳9和外安全壳10 之间设置穹顶电涡流装置C，穹顶电涡流装置C由穹顶金属导体板11a和穹顶磁铁11b组成。地震作用下，内安全壳9和外安全壳10发生相对运动，结构的顶部加速度最大，穹顶电涡流装置C能将动能最终转化为热能耗散，减小安全壳9和外安全壳10之间的相对运动。

以上所述尽是本发明的优选实施方式，应指出：对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下依旧可以做出若干改进，这些改进亦应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，包括桩、设置在桩上面的碎石隔震垫层、设置在所述碎石隔震垫层上的下筏板，所述下筏板的四周设置有地下剪力墙，其特征在于：所述下筏板的中间通过一组间隔设置的三维隔震装置和电涡流隔震装置安装上筏板，所述上筏板上设置有核电站双层安全壳结构和裙房结构，所述核电站双层安全壳结构位于所述裙房结构中间，所述地下剪力墙与所述的裙房结构的侧壁之间设置有电涡流隔震装置，所述地下剪力墙的顶部与所述裙房结构之间设置有上盖板；每个所述三维隔震装置包括由下混凝土墩、橡胶支撑和上混凝土墩组合起来的隔震橡胶支座，下混凝土墩设在下筏板上，下混凝土墩顶端通过螺栓连接橡胶支撑，橡胶支撑顶端通过螺栓连接上混凝土墩，上混凝土墩顶端支撑上筏板，所述隔震橡胶支座的四周分别设置有一对平行的水平支撑，每对平行的水平支撑之间安装有一个混凝土下支座，所述混凝土下支座的底部通过一组竖向弹簧支撑在所述的下筏板上，每个所述混凝土下支座与所述水平支撑接触的位置设置有滑槽，所述水平支撑上设置有滑槽螺栓，所述滑槽螺栓限位在所述的滑槽里面，每个所述混凝土下支座的上方对应设置有支撑所述上筏板的混凝土上支座，所述混凝土下支座和所述混凝土上支座之间通过可调节钢管支撑。

2.根据权利要求1所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，其特征在于：所述下混凝土墩的四周与所述混凝土下支座之间设置有一组N、S磁极交错布置的磁铁，混凝土下支座靠近橡胶支座方向安装金属导体板。

3.根据权利要求1所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，其特征在于：所述可调节钢管包括安装在混凝土下支座上方的钢槽中的外套钢管，所述外套钢管中套装有支撑所述混凝土上支座的内套钢管，所述外套钢管与所述内套钢管之间通过连接插销固定。

4.根据权利要求1所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，其特征在于：所述电涡流隔震装置包括电涡流混凝土支座，所述电涡流混凝土支座上通过固定螺栓安装一个方匣，所述方匣的侧壁固定安装有N、S磁极交错布置的磁铁，所述方匣的中部安装有中心转轴，所述中心转轴上安装有绕线器、金属导体、环形弹簧，形状记忆合金丝的一端缠绕在绕线器中，另一端穿出所述的方匣固定在上筏板/裙房结构上。

5.根据权利要求1所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，其特征在于：所述核电站双层安全壳结构包括内安全壳和套装在所述内安全壳外部的外安全壳，所述内安全壳的底部与所述上筏板之间通过所述的三维隔震装置支撑，所述内安全壳的顶部和外安全壳的顶部之间设置穹顶电涡流装置。

6.根据权利要求5所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，其特征在于：所述穹顶电涡流装置由穹顶金属导体板和穹顶磁铁组成，所述穹顶金属导体板安装在所述内安全壳的穹顶外部，所述穹顶磁铁安装在所述外安全壳的穹顶内部。

7.根据权利要求1所述的适用于软土地区核电站的三维多防线双筏板隔震结构，其特征在于：所述桩的顶部嵌入碎石隔震垫层中的长度为桩直径的0.5倍；所述碎石隔震垫层厚度为桩直径的1-2倍。

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