DE2021031A1 - Autiseismic support for nuclear reactor - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Verhütung von Erdbebenschäden an Gebäuden.Method and device for preventing earthquake damage to buildings.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhütung von Erdbebenschäden an Gebäuden, insbesondere an Kernreaktoren, deren Aufgehendes beweglich mit dem Fundament verbunden ist und die beweglichen Auflager aus einer mit dem Fundament verbundenen Rollplatte, einem Stützkörper und einer mit dem Aufgehenden verbundenen Rollplatte bestehen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for preventing earthquake damage on buildings, especially on nuclear reactors, the rise of which can be moved with the Foundation is connected and the movable support from one with the foundation connected roll plate, a support body and one connected to the rising Roll plate exist and a device for carrying out the method.
Bei der Erstellung von Gebäuden insbesondere von Kernkraftwerken oder Kernreaktoren gilt die Sicherung gegen Erdbebenschäden als einz der ersten Gebote. Dementsprechend streng sind daher auch die Sicherheitsbestimmungen, die in den einzelnen Ländern gefordert werden. An Erdbebensicherungen wird die Forderung gestellt) Schäden an den Bauwerken und einzelnen-Bauteilen zu verhindern, insbesondere bei Kernkraftwerksanlagen die nukleare Sicherheit des Reaktors zu gewährleisten.In the construction of buildings in particular of nuclear power plants or In nuclear reactors, securing against earthquake damage is one of the first commandments. The safety regulations in the individual are accordingly strict Countries are required. The claim is made on earthquake protection) Damage to prevent on the structures and individual components, especially in nuclear power plants ensure the nuclear safety of the reactor.
Auf Grund von Analysen bekannter registrierter Erdbeben und von Untersuchungen aufgetretenen Schäden hat sich in der Praxis gezeigt, dass die in horizontaler Richtung auf das Gebäude einwirkenden Erdbewegungen bzw. die daraus resultierenden Beschleunigungekräfte den schädlichen Einfluss auf die Struktur des Gebäudes ausüben, während die zudem in geringerer Grösse auftretenden vertikalen Beschleunigungskräfte ohne Gefahr von der tragenden Konstruktion des Bauwerkes aufgenommen werden.Based on analyzes of known registered earthquakes and investigations Any damage that has occurred has been shown in practice to be in the horizontal direction Earth movements acting on the building or the resulting acceleration forces exert a damaging influence on the structure of the building, while the moreover smaller vertical acceleration forces without the risk of the load-bearing structure of the building.
Um eine genügende Sicherheit zu erreichen wurden sog. Referenzbeben festgelegt, deren Charakteristiken als Grundlage zur statischen und dynamischen Belastung dienen. Beispielsweise gelten maximale horizontale Erdbodenbeschleunigungen in irgendeiner Richtung bIJ = 0,12 g, die maximale Erdbodenbeschleunitgung in vertikalen Richtung bV = 0,08 g als zulässig, wobei der Frequenzbereich mit den grössten auftretenden Amplituden zwischen 3 und 10 Hz liegt Es sind Einrichtungen zur Sicherung von Gebäuden gegen Erdbebenschäden bekannt, die davon ausgehen, das Fundament vom auRgehenden Mauerwerk oder Bauteil eines Gebäudes zu trennen und beide Bauteile durch Gelenke sde bewegliche Auflager zu verbinden. Es wurden hierzu Vorrichtungen herangezogen, die aus zwei ebenen Platten und einem Rollkörper (Kugel) bestehen, wobei eine der Platten im Fundament fest verankert wurde und die zweite Platte edlem zu sehiltzenden Bauwerk zugeordnet wurde. Um bei dieser Konzu strulftlon unzulässige Auslenkungen verhindern, bedarf es noch federnder Abstützungen gegenüber dem Fundament des Bauwerkes.So-called reference earthquakes were created in order to achieve sufficient safety established their characteristics as the basis for static and dynamic Serve load. For example, maximum horizontal ground accelerations apply in any direction bIJ = 0.12 g, the maximum acceleration of the earth in verticals Direction bV = 0.08 g as permissible, whereby the frequency range with the largest occurring Amplitudes between 3 and 10 Hz are facilities for securing buildings Known against earthquake damage, which assume the foundation from the outgoing Separate masonry or component of a building and both components by joints sde to connect movable supports. Devices were used for this purpose which consist of two flat plates and a rolling body (ball), one of the Slabs were firmly anchored in the foundation and the second slab was elegant to see Structure was assigned. To strulftlon inadmissible deflections with this Konzu prevent it is still necessary resilient supports compared to the Foundation of the building.
Die Nachteile dieser Bauweise liegen darin, dass einerseits ein grosser technischer, Aufwand notwendig ist, der neben den Schraubenfedern noch zusätzliche, die Kugel umfassende Führungselemente aufweist und anderseits durch die Anwendung der federnden Abstützungen ein schwingungsfähi;ges System entsteht, dessen Verhalten in Bezug auf die Erdboden-Anregungsschwingung ein in der Praxis unlösbares Problem darstellt. Als weiterer Nachteil der bei':anflten Einrichtung ist die Abhängigkeit des-Schwing-ungs- -systems (Fundament-Federn-Masse) von der Masse des Gebändes zu nennen.The disadvantages of this design are that on the one hand a large technical, effort is necessary, which in addition to the coil springs, additional, the ball has comprehensive guide elements and on the other hand by the application the resilient supports create an oscillating system, its behavior in relation to the excitation vibration of the earth, a problem that cannot be solved in practice represents. Another disadvantage of the facility at ': is the dependency des-Schwing-ungs- -systems (foundation-springs-mass) from the mass of the band to to name.
Auf Grund der vielen zu berücksichtigenden Komponenten ist, ein.Due to the many components to be considered, a.
Resonanzfall im Erdbebenfreguenzbereich der maximal auftretenden Amplituden nicht ausschliessbar. Ferner ergibt sich ein Nachteil durch die relativ grossen Reibkräfte, die aus der Mehrteiligkeit der Wälzkörper resultieren welche einen schädlichen EinRluss auf die Tilgungsfähigkeit des Auflagers ausüben, weil durch Reibung und Dänipfung bei Erregung störende Kräfte auf den zu schützenden Bauteil übertragen werden.Resonance case in the earthquake frequency range of the maximum occurring amplitudes cannot be excluded. Furthermore, there is a disadvantage due to the relatively large Frictional forces that result from the multi-part structure of the rolling elements are harmful Influence on the ability to repay the bearing because of friction and Discharge when excited transfer disruptive forces to the component to be protected will.
Die vorliegende Erfindung hat nunmehr die Aufgabe, eine Erdbebenw sicherung zu schaffen, die unter Vermeidung der vorangeffihrten Nachteile eine Resonanzfreiheit des Gebäudes mit den Erdbebenbewegungen gewährleistet, wobei die Beschleunigungs- und Stosskräfte auf eine zulässige Grösse in Bezug auf die Beshädigung des GebSudes reduziert werden d.h. dass die Beschleunigungskräfte an einem beliebigen Punkt im Gebäude eine festzulegende Grösse nicht übersteigen.The present invention now has the task of providing an earthquake w to create a guarantee that, while avoiding the disadvantages mentioned above, is free of resonance of the building with the earthquake movements, whereby the acceleration and impact forces to a permissible size in relation to the damage to the building be reduced i.e. that the acceleration forces at any Point in the building do not exceed a specified size.
Die Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die bei Erdschwingungen in horizontaler Richtung auftretenden Bewegungen des Fundamentes'in vertikale und horizontale Bewegungskomponenten zerlegt und durch Schwingungstilgung die Beschleunigungskräfte am Aufgehenden reduziert angreifen.The solution to the problem according to the invention is characterized in that that the movements of the Fundamentes'in vertical and horizontal movement components and broken down Vibration dampening the acceleration forces attack the rising in a reduced manner.
Eine Vorrichtung nach dem erfindungsgemässen Verfahren-ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper zwei Kugelkalotten aufweist, deren Radien grösser als die halbe höhe des Stfitzkörpers ist, und der Stützkörper zusammen mit dem aufliegenden Aufgehenden ein schwingungsfähiges System bildet.A device according to the method according to the invention is thereby characterized in that the support body has two spherical caps, the radii of which are larger than half the height of the Stfitzkörpers, and the support body together with the resting Rising forms a vibratory system.
Nach einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäscr Vorrichtung ist die Eigenfrequenz des Stützkörpers derart zu bemessen, dass gegenüber dem auftretenden Erdboden-Erregerschwingungen ein überkritisches Frequenzver'lsltnis besteht.According to a further embodiment of the device according to the invention to dimension the natural frequency of the support body in such a way that compared to the occurring There is a supercritical frequency ratio due to excitation vibrations.
Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass durch die Trennung des Fundamentes vom Aufgehenden und die Unabhängigkeit der Eigenfrequenz des Sttltzkörpers von der Masse zu schützenden Gebäudes eine erhebliche Reduktion der horizontalen Beschleunigungskräfte erfolgt, wobei die verbleibenden horizontalen Beschleunigungskräfte entgegen dem bisherigen Stand der Technik eine gleichmässige Belastung des Aufgehenden ergeben.The advantage of the method according to the invention is that by the separation of the foundation from the rising and the independence of the natural frequency of the support body from the mass of the building to be protected is a considerable reduction of the horizontal acceleration forces takes place, with the remaining horizontal Acceleration forces contrary to the previous state of the technique result in an even load on the rising body.
Die bisher auftretenden Zunahmen der Beschleunigungskräfte an den dem Erdboden gleiter entfernt liegenden Bauteilen wird hiermit ausgeschlossen.The previously occurring increases in the acceleration forces on the Components that are remote from the ground glider are hereby excluded.
Wie bereits vorausstehend erwähnt sind die auftretenden Beschleunigungskräfte in vertikaler Richtung unbedeutend und vernachlässigbar. Sie sind auch auf das Schwingungsverhalten des Tilgungssystems ohne Einfluss, da die Rfickstellung des StUtzkörpers In die Ruhelage in vorteilhafter Weise selbsttätig auf Grund der bei der Auslenkung gespeicherten potentiellen Energie erfolgt.As already mentioned above, the acceleration forces that occur are insignificant and negligible in the vertical direction. You are also on the vibrational behavior of the eradication system without influence, since the back position of the support body in the Rest position advantageously automatically due to the stored during the deflection potential energy takes place.
Die Meinung der Fachwelt war bisher mit dem Vorurteil behaftet, die schädlichen Einflüsse der Erdbodenbewegungen auf ein Bauwerk könnten entweder durch äusserst stabile Konstruktion desselben oder bei Anwendung einer dynamischen Sicherung durch schwlngungsdämpfende Einrichtungen ausgeschalten werden.The opinion of the professional world has so far been fraught with the prejudice that harmful influences of the ground movements on a structure could either by extremely stable construction of the same or when using a dynamic fuse be switched off by vibration damping devices.
Die neueste Erkenntnis zeigt Jedoch, dass Reibung bzw. Dämpfung -einen schädlichen Einfluss ausüben, weil dadurch zusätzliche Xräfte auf das zu schützende Bauwerk übertragen werden und den Tilgungseffekt mindern. Dieser Nachteil wird durch den'einfachen Aufbau der vorliegenden Erfindung vermieden. Ausserdem ist die Tilgungsvorrichtung im Gegensatz zu dem Bekannten von den Einflüsse der Federkonstanten und somit auch von der schwingenden Masse unabbAngig.* - Die Erfindung ird anhand der Zeichnungen näher beschrieben.However, the latest knowledge shows that friction or damping - one exert a harmful influence, because it creates additional forces on the protected area Structure are transferred and reduce the repayment effect. This disadvantage is caused by avoided the simple structure of the present invention. In addition, the repayment device is in contrast to the known of the influences of the spring constants and thus also independent of the oscillating mass. * - The invention is based on the drawings described in more detail.
Es zeigen.Show it.
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Stützkörpers in ruhender Lage, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Stützkörpers in Bewegungszustand, Fig. 3 ein Ausffihrungsbeispiel an einem Kernreaktor und, Fig. 4 zeigt die vergrösserte Darstellung des AusfUhrungsbeispiels gemss Fig. 3.Fig. 1 is a schematic representation of the support body in rest Position, Fig. 2 is a schematic representation of the support body in the state of motion, 3 shows an exemplary embodiment on a nuclear reactor, and FIG. 4 shows the enlarged one Representation of the exemplary embodiment according to FIG. 3.
In Fig. 1 ist die Tilgungsvorrichtung schematisch dargestellt, wobei 1 die zu schützende Masse, 2 den Doppel-Kagelkalotten-Stützkörper und 3 das Fundament des Gebäudes kennzeichnet. Der Doppel-Kugelkalotten-Stfitzkörper 2 hat die Eigenschaft bei einer horlzontalen Auslenkung aus der Ruhelagetclle aufliegende Last anzuheben. Diese Wirkung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die Bezugszahlen gleich Fig, l zugeordnet sind. Infolge der Schwerkraft ist die Last bestrebt wieder in die Ruhelage zurückzukehren.In Fig. 1, the repayment device is shown schematically, wherein 1 the mass to be protected, 2 the double Kagelkalotten support body and 3 the foundation of the building. The double spherical cap Stfitzkörper 2 has the property in the event of a horizontal deflection from the rest position, to lift the load lying on it. This effect is shown in FIG. 2, the reference numerals being assigned the same as FIG are. As a result of gravity, the load tries to return to the rest position.
Das Wechselsplel zwischen potentieller und kinetischer Energie führt zu einer Wackelbewegung des StUtzkörpers 2. Ein auf diese Weise ausgebildetes Auflager stellt zusammen mit der zu schützen~ den Masse 1 ein schwingungsfähiges System dar, dessen Verhalten beim Auftreten von Erdbebenschwingungen in der Praxis als Einmassenschwinger oder als Zweimassenscher betraehtet werden kann, wenn beim Zweiteren das Schwingverhalten des Fundamentes im elastischen Erdboden berücksichtigt wird.The alternation between potential and kinetic energy leads to a wobbling movement of the support body 2. A support formed in this way together with the mass 1 to be protected represents an oscillatory system, its behavior when earthquake vibrations occur in practice as a single-mass oscillator or can be considered as a two-mass shear, if the second is the vibration behavior of the foundation in elastic soil is taken into account.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Auflagers an einem Kernreaktor bestehend aus einem Core 4, den Beschickungsrohren 5, Wärmeaustauscheinrichtungen 6, dem Betondruckgefäss 8, welches durch Seile oder Panzerungen 7 gestützt werden kann. Das, Betondruckgefäss 8 ist auf dem Fundament 9 abgestützt und zwar mittels einer im Betondruckgefäss 8 untergebrachten Rollplatte 10, einer im Fundament verankerten Rollplätte 11 und dem dazwischen vorgesehenen zylinderförmigen, beidseitig mit Kugelkalotten ausgerüsteten Wackelkörper 12. Um eine zusätzliche Sicherung gegen zu weite Auslenkung des Cores 4 bei 1'atastrop'heirdbeben zu erreichen, werden zwischen dem Mantelkörper des Druckgefässes 8 und dem unteren Schild 13 stufenförmige Versetzungen vorgesehen.Fig. 3 shows an embodiment of the support according to the invention on a nuclear reactor consisting of a core 4, the feed pipes 5, heat exchange devices 6, the concrete pressure vessel 8, which are supported by ropes or armor 7 can. That, concrete pressure vessel 8 is supported on the foundation 9 by means of one in the concrete pressure vessel 8 accommodated roller plate 10, one anchored in the foundation Rolling plate 11 and the cylinder-shaped, provided in between, with spherical caps on both sides equipped wobbly body 12. To provide additional protection against excessive deflection of the core 4 in the event of a 1'atastropheirdqueben, are between the shell body of the pressure vessel 8 and the lower shield 13 are provided in stepped displacements.
In Fig. 4 ist das erfindungsgemässe Auflager gemäss Fig. 3 in grösserem Massstab und verdeutlichter Darstellung erkennbar.In FIG. 4, the support according to the invention according to FIG. 3 is shown on a larger scale Scale and clarified representation recognizable.
Eine obere Rollplatte 10 ist in dem Betondruckgefäss 8 untergebracht und stützt sich auf dem Wackelkörper 12 ab, der wiederum auf der wlteren Rollplatte 11 aufsteht. Diese untere Rollplatte 11 ist in Fundament 9 untergebracht.An upper roller plate 10 is accommodated in the concrete pressure vessel 8 and is supported on the wobbly body 12, which in turn is on the older roller plate 11 gets up. This lower roller plate 11 is housed in the foundation 9.
Bei dieser besonderen Ausführungs-form ist der Wackelkörper 12 zylindrisch ausgebildet, wobei sein Durchmesser dahingehend ausgelegt-wird, dass die grösste zulässige Auslenkung massgebend für seine zylindrischen Durchmesser ist. Die grössten nach dem Referenz beben zu erwartenden Auslenkwinkel liegen ca. bei 0,50, wobei genügende Sicherheit gegen Kippen des Wackelkörpers 12 gewährleistet ist.In this particular embodiment, the wobbly body 12 is cylindrical formed, its diameter being designed to the effect that the largest permissible deflection is decisive for its cylindrical diameter. The biggest after the reference quake, the deflection angles to be expected are approx. 0.50, where sufficient Security against tilting of the wobbly body 12 is guaranteed is.
Um bei der Montage eine einwandfreie Funktion des Auflagers zu erreichen werden Einstellschraubenbolzen 17 vorgesehen, die eine horizontale Einstellung der Grundplatte 11 ermöglichen. Zur Einstellung der Roliplatten 10 und 11 gegeneinander werden Spannbolzen 15 vorgesehen, weiche einerseits in der Grundplatte 11 eingeschraubt werden und andererseits an-der Rollplatte 10 mit Muttern 16 festgehalten werden.In order to achieve perfect functioning of the support during assembly adjusting screw bolts 17 are provided, which allow a horizontal adjustment of the Base plate 11 enable. To adjust the Roliplatten 10 and 11 against each other clamping bolts 15 are provided, which are screwed into the base plate 11 on the one hand and on the other hand be held on the roller plate 10 with nuts 16.
Da wie voranstehend schon gesagt die Reibkräfte sehr gering gehalten werden müssen, ist eine Umhüllung 18 vorgesehen, welche die Tilgungsvorrichtung vor unnötigen Beeinflussungen durch Staub-oder andere Teilchen schützt. Diese Umhüllung 18 ist in verformbarer Weise vorzusehen, so dass sie keinen Einfluss auf die Leichtgängigkeit und Wirkungsweise des Wackelkörpers 12 ausübt. Die Schraubenbolzen 15 und 17 sind weiters am Umkreis so anzuordnen, dass sie gleichzeitig neben der Verspannung und Justierungsmöglichkeit der Platten 10 und 11 eine einfache Montagehilfe für den Wackelkörper 12 bieten. Zur Abdeckung der Verschraubung 17 sind Kappen 19 selbsklemmend in der Rollplatte 10 untergebracht.Since, as mentioned above, the frictional forces are kept very low must be, a casing 18 is provided, which the repayment device protects against unnecessary influences from dust or other particles. This wrapping 18 is to be provided in a deformable manner so that it does not affect the ease of movement and action of the wobbly body 12 exerts. The bolts 15 and 17 are further to be arranged on the circumference so that they are at the same time next to the bracing and Adjustment option of the plates 10 and 11 a simple assembly aid for the Bobble body 12 offer. To cover the screw connection 17, caps 19 are self-locking housed in the roller plate 10.
Es ist selbstverständlich, dass zusätzlich noch Zentriereinrichtungen oder Führungseinrichtungen gegen Gleiten am Wälzkörper vorgesehen werden können, welche Jedoch der Einfachkeit wegen hier nicht dargestellt sind. Dabei ist Jedoch darauf zu achten, dass diese Einrichtungen das eigentliche Schwingungsverhalten des Doppelkalottenwälzkörpers nicht beeinflussen oder sogar hemmen.It goes without saying that there are also centering devices or guide devices can be provided to prevent sliding on the rolling element, which, however, are not shown here for the sake of simplicity. There is however to make sure that these facilities the actual vibration behavior do not influence or even inhibit the double-spherical rolling element.
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