JP2009216581A - Method and installation for evaluating earthquake-proof safety of storage container - Google Patents

Method and installation for evaluating earthquake-proof safety of storage container Download PDF

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清水  仁
Masanori Nakagawa
正紀 中川
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RECYCLABLE FUEL STORAGE CO
RECYCLABLE-FUEL STORAGE CO
Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a safety evaluation method for evaluating safety in an appropriate condition in the analysis of behaviors of a storage container when external force acts on it in an unfixed state. <P>SOLUTION: In the method for evaluating earthquake-proof safety of the storage container which accommodates radioactive material and is fixed on a pedestal in an unfixed state, a model of the storage container for analysis including the pedestal is made, and the amount of lift is calculated when the external force like an earthquake load acts on the storage container. Then, safety is evaluated on the basis of the calculated amount of lift. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、貯蔵容器の耐震安全性評価方法及び貯蔵容器の耐震安全性評価設備に関する。   The present invention relates to a seismic safety evaluation method for storage containers and a seismic safety evaluation facility for storage containers.

原子力発電所施設の炉心で一定期間使用された燃料は、炉心より取り出されて使用済燃料プール等に一時保管される。この所定の冷却期間が終了した燃料は、最終的に再処理工場に搬出され、再処理されてウランとプルトニウムとを再資源として取り出し、再利用される。   The fuel that has been used for a certain period in the core of the nuclear power plant facility is taken out of the core and temporarily stored in a spent fuel pool or the like. The fuel for which the predetermined cooling period has ended is finally carried out to a reprocessing plant, where it is reprocessed, and uranium and plutonium are taken out as resources for reuse.

現在、原子力発電所で発生する使用済燃料は、発電需要と共に増大しているために、再処理工場が稼動しても国内で発生する使用済燃料は再処理工場での処理容量を上回ることになり、再処理されるまでの期間中、適切に管理・貯蔵される必要がある。   Currently, spent fuel generated at nuclear power plants is increasing along with power generation demand, so that spent fuel generated in Japan will exceed the processing capacity of the reprocessing plant even if the reprocessing plant is in operation. It needs to be managed and stored properly during the period until it is reprocessed.

原子力発電所の敷地内若しくは敷地外にて管理・貯蔵する方法として、乾式キャスク貯蔵、ボールト貯蔵、サイロ貯蔵、コンクリートキャスク貯蔵等の乾式貯蔵方式及び水プールの湿式貯蔵方式の各方式があるが、コスト的にも、また長期に亘る安定貯蔵を考えた場合においても、乾式貯蔵が注目されている。乾式貯蔵方式の内、現在国内で実用化されているキャスク貯蔵方式は、放射性物質収納容器である乾式キャスクの中に使用済燃料を収納し貯蔵する方法である。   As a method of managing and storing inside or outside the site of a nuclear power plant, there are dry storage methods such as dry cask storage, vault storage, silo storage, concrete cask storage, and water pool wet storage methods. In view of cost and long-term stable storage, dry storage is attracting attention. Among dry storage systems, the cask storage system currently in practical use is a method of storing spent fuel in a dry cask that is a radioactive substance storage container.

このキャスクには、金属キャスクとコンクリートキャスクとがあり、金属キャスクは搬送と貯蔵とを兼用できる。一方、コンクリートキャスクは、貯蔵用として用いられるキャスクであり、搬送時は使用済燃料をキャニスタと称する容器に収納し、該キャニスタを輸送用キャスクに収納して輸送する。貯蔵施設においては、金属キャスクは使用済燃料の移し替え等をせずにそのまま所定期間貯蔵される。   The cask includes a metal cask and a concrete cask, and the metal cask can be used for both conveyance and storage. On the other hand, a concrete cask is a cask used for storage, and during transportation, spent fuel is stored in a container called a canister, and the canister is stored in a transport cask and transported. In the storage facility, the metal cask is stored for a predetermined period as it is without transferring spent fuel.

一方、キャニスタは輸送用キャスクから引き抜かれ、予め用意しておいたコンクリートキャスクに装填されて所定期間貯蔵される。   On the other hand, the canister is pulled out from the transport cask, loaded into a concrete cask prepared in advance, and stored for a predetermined period.

ここで、貯蔵施設内において、キャスクを天井クレーンによりトレーラから積み下ろしをして貯蔵位置まで搬送すると、天井クレーンの走行及び昇降スペースの確保のために、貯蔵建屋の階高が高くなり、キャスクの貯蔵容量に比較して貯蔵建屋が大型となる。また、通常、金属キャスクやコンクリートキャスクは非常に重く(例えば、約100〜200トン)、大型の天井クレーンが必要になる。   Here, in the storage facility, when the cask is unloaded from the trailer by the overhead crane and transported to the storage position, the floor height of the storage building is increased to secure the space for the traveling and lifting of the overhead crane. The storage building is larger than the capacity. Moreover, metal casks and concrete casks are usually very heavy (for example, about 100 to 200 tons), and a large overhead crane is required.

この問題を解決するため、従来、貯蔵建屋の階高を低くできるエアパレット方式の搬送装置が提案されている。エアパレット搬送装置は、架台上に金属キャスクを設置して固定し、架台の下側に装着するエアパレットを有する自走可能な台車を備えて構成されている。そして、搬送時には、エアパレットを架台の下側に装着して台車側からエアパレットに空気を供給し、貯蔵容器を浮上させた状態で搬送するようにしている。   In order to solve this problem, conventionally, an air pallet type transfer device capable of reducing the floor height of a storage building has been proposed. The air pallet conveying device is configured to include a self-propelled cart having an air pallet that is installed and fixed on a gantry and is mounted on the lower side of the gantry. At the time of transport, the air pallet is attached to the lower side of the gantry and air is supplied from the cart side to the air pallet so that the storage container is floated and transported.

ところが、エアパレット搬送装置を用いた貯蔵施設において、空気の供給が途絶えた場合には貯蔵容器が非固定状態になる場合も想定される。そして、この場合の貯蔵容器の耐震安全性を評価する手法が求められている。   However, in a storage facility using an air pallet transport device, it may be assumed that the storage container becomes unfixed when the supply of air is interrupted. And the method of evaluating the seismic safety of the storage container in this case is required.

特許文献1には、非固定状態での貯蔵容器に加わる地震荷重の影響を非線形現象として評価する構造物の耐震設計方法が記載されている。しかし、この方法は、非線形の時刻歴解析によって評価する方法であり、地震力から与えられる内部エネルギーの増加に着目した評価ではない。   Patent Document 1 describes a seismic design method for a structure that evaluates an influence of a seismic load applied to a storage container in a non-fixed state as a nonlinear phenomenon. However, this method is an evaluation method based on nonlinear time history analysis, and is not an evaluation focusing on an increase in internal energy given by seismic force.

使用済燃料の搬送中においても、地震等により傾きが発生しても、貯蔵容器の閉じ込め機能、遮へい機能、除熱機能、臨界防止といった基本的安全機能に影響を及ぼさないことが要求される。   Even during the transportation of spent fuel, even if an inclination occurs due to an earthquake or the like, it is required that the basic safety functions such as the containment function, the shielding function, the heat removal function, and the criticality prevention of the storage container are not affected.

しかし、実機等による試験を行って地震等に対する安全性を評価するには、時間及びコストが膨大となることから現実的ではなく、シミュレーション等により非固定で貯蔵容器の挙動を解析して安全性を評価することが望ましい。   However, it is not practical to evaluate the safety against earthquakes by conducting tests with actual machines, etc., because it takes a lot of time and cost. It is desirable to evaluate

ところが、非固定で貯蔵容器の地震時の挙動をシミュレーション等により解析する場合、適切な安全側の条件での安全性を評価することが、貯蔵システムの構築には必要である。   However, when analyzing the behavior of an unfixed storage container during an earthquake by simulation or the like, it is necessary to construct a storage system to evaluate the safety under appropriate safety conditions.

特開2002−146718号公報JP 2002-146718 A

本発明は、非固定で貯蔵容器に外力が作用したときの貯蔵容器の挙動を解析するにあたり、適切な条件で安全性を評価する安全性評価方法を実現することを目的とする。   An object of the present invention is to realize a safety evaluation method for evaluating safety under appropriate conditions in analyzing the behavior of a storage container when an external force is applied to the storage container without being fixed.

本発明の貯蔵容器の耐震安全性評価方法は、放射性物質を収容し、非固定状態の架台に固定した貯蔵容器の耐震安全性評価方法であって、前記架台を含む前記貯蔵容器の解析用モデルを作成し、前記貯蔵容器に地震荷重のような外力が働いたときの浮上り量を算出し、算出した浮上り量に基づいて耐震安全性を評価することを特徴とする。   The method for evaluating seismic safety of a storage container according to the present invention is a method for evaluating seismic safety of a storage container that contains a radioactive substance and is fixed to an unfixed gantry, and is a model for analyzing the storage container including the gantry. And the amount of lift when an external force such as an earthquake load is applied to the storage container is calculated, and the seismic safety is evaluated based on the calculated amount of lift.

本発明によれば、放射性物質を収容する貯蔵容器が非固定状態であって、地震荷重のような外力が作用したときの貯蔵容器の挙動を解析するにあたり、貯蔵容器に与えられる外力からのエネルギーの条件を過度に安全側に設定することなく、安全性を評価することができる。   According to the present invention, the energy from the external force applied to the storage container when analyzing the behavior of the storage container when the storage container containing the radioactive substance is in an unfixed state and an external force such as an earthquake load is applied. The safety can be evaluated without excessively setting the above condition on the safe side.

本発明は、貯蔵容器の耐震安全性評価方法及び評価設備に関し、非固定状態の貯蔵容器の耐震安全性評価方法に関する。例えば、放射性物質を収納した貯蔵容器を固定した架台が非固定状態において地震等の外力が働いたときの挙動を解析して安全性を評価する技術に関する。   The present invention relates to a seismic safety evaluation method and evaluation equipment for a storage container, and relates to a seismic safety evaluation method for an unfixed storage container. For example, the present invention relates to a technique for evaluating safety by analyzing the behavior when an external force such as an earthquake is applied in a non-fixed state of a gantry in which a storage container containing a radioactive substance is fixed.

本発明の最良の形態は、放射性物質を収容する貯蔵容器を非固定状態の架台に固定した貯蔵容器、すなわち架台を介して非固定状態の貯蔵容器の安全性評価方法であって、貯蔵容器の解析用モデルを作成し、非固定状態の貯蔵容器に外力が働いたときの挙動をエネルギーの付与の評価より算出し、算出した結果に基づいて安全性を評価することを特徴とする。この方法により、実機等による試験を実施しなくとも、解析によりマッチングさせて非固定状態の貯蔵容器の安全性を評価することができる。   The best mode of the present invention is a storage container in which a storage container containing a radioactive substance is fixed to an unfixed gantry, that is, a safety evaluation method for an unfixed storage container via the gantry. A model for analysis is created, behavior when an external force is applied to a storage container in a non-fixed state is calculated from evaluation of energy application, and safety is evaluated based on the calculated result. By this method, it is possible to evaluate the safety of the storage container in the non-fixed state by matching by analysis without performing a test with an actual machine or the like.

この解析によって非固定状態の貯蔵容器の安全性評価を実施する場合に、非固定状態の貯蔵容器に外力が作用したときの挙動を表現できる解析用モデルを設定する。   When the safety evaluation of the storage container in the non-fixed state is performed by this analysis, an analysis model capable of expressing the behavior when an external force acts on the storage container in the non-fixed state is set.

また、非固定状態の貯蔵容器を構成する各部は、集中質量W、はり要素B、ばね要素Sといった簡単な要素を適用してモデル化する。これにより、貯蔵容器に付与された外力からのエネルギーより貯蔵容器の挙動を容易に評価することができる。   Each part constituting the non-fixed storage container is modeled by applying simple elements such as concentrated mass W, beam element B, and spring element S. Thereby, the behavior of the storage container can be easily evaluated from the energy from the external force applied to the storage container.

図1に本発明の安全性評価の対象である非固定状態の貯蔵容器を示す概要構成図を示す。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a storage container in a non-fixed state, which is an object of safety evaluation of the present invention.

符号1は使用済みの燃料を収納した貯蔵容器であり、2は貯蔵容器1を搭載した架台である。貯蔵容器1は、固定金具(後述)を介して架台2に固定される。架台2の幅は、貯蔵容器1の直径よりも大きくしてあり、転倒しにくくなっている。ここで、非固定状態とは、固定されていない架台2に貯蔵容器1が固定された状態をいう。   Reference numeral 1 denotes a storage container containing spent fuel, and reference numeral 2 denotes a frame on which the storage container 1 is mounted. The storage container 1 is fixed to the gantry 2 via a fixing bracket (described later). The width | variety of the mount frame 2 is made larger than the diameter of the storage container 1, and it is hard to fall down. Here, the non-fixed state refers to a state in which the storage container 1 is fixed to the gantry 2 that is not fixed.

また、符号3は架台2が置かれた床面であり、4は架台2を含めた貯蔵容器1の重心を示す。さらに、破線201は、重心4の振動の支点5と重心4とを結ぶ線分である。ここで、この線分201の長さをaとする。   Reference numeral 3 denotes a floor surface on which the gantry 2 is placed, and 4 denotes the center of gravity of the storage container 1 including the gantry 2. Furthermore, a broken line 201 is a line segment that connects the fulcrum 5 of vibration of the center of gravity 4 and the center of gravity 4. Here, the length of the line segment 201 is a.

非固定状態であるため、貯蔵容器1に地震荷重等の外力が働いた場合に、貯蔵容器1や架台2の挙動が基本的な安全性に影響を及ぼさないことを確認する必要がある。したがって、設計段階で、貯蔵容器1に外力が働いたときに非固定状態の貯蔵容器1の動きを評価し、十分な安全性を確保した設計をする必要がある。   Since it is in an unfixed state, it is necessary to confirm that the behavior of the storage container 1 and the gantry 2 does not affect the basic safety when an external force such as an earthquake load is applied to the storage container 1. Therefore, at the design stage, it is necessary to evaluate the movement of the non-fixed storage container 1 when an external force is applied to the storage container 1 and to design a sufficient safety.

図2Aに貯蔵容器1に地震荷重のような交番荷重が与えられる場合の貯蔵容器1の挙動を示す。貯蔵容器1に交番荷重のような外力が働くと、架台2の1辺を支点にして他辺が浮き上がる。このとき、架台2に付与されたエネルギーは、貯蔵容器1の内部エネルギーの増分となる。そのため、この内部エネルギーは運動エネルギーあるいは位置エネルギーに変換され、貯蔵容器1及び架台2はロッキング振動を開始する。   FIG. 2A shows the behavior of the storage container 1 when an alternating load such as an earthquake load is applied to the storage container 1. When an external force such as an alternating load is applied to the storage container 1, the other side rises with one side of the gantry 2 as a fulcrum. At this time, the energy applied to the gantry 2 is an increase in the internal energy of the storage container 1. Therefore, this internal energy is converted into kinetic energy or potential energy, and the storage container 1 and the gantry 2 start rocking vibration.

貯蔵容器1及び架台2は、固定金具により固定されて一体化されているため、全体を剛体とみなして取り扱うことができる。以後、特に区別して説明する場合を除き、単独で貯蔵容器1と記載した場合も、貯蔵容器1が、一体化された貯蔵容器1及び架台2の全体、すなわち架台2を含むものと解釈してよい。   Since the storage container 1 and the gantry 2 are fixed and integrated by a fixing metal fitting, the whole can be handled as a rigid body. Hereinafter, unless specifically described, the storage container 1 is interpreted as including the entire storage container 1 and the gantry 2, that is, the gantry 2. Good.

また、床面3と接する際、すなわち衝突する際には、振動している貯蔵容器1及び架台2の運動エネルギーの一部が散逸する。これは、剛球が降伏面に衝突した場合に、その衝突後の速度が衝突前の速度と一致しないことと同様な現象である。貯蔵容器1が置かれている床面3は、完全な非降伏面であることはないため、反発係数は1ではなく、架台2が床面に接した際にはエネルギーの散逸が観測される。   Further, when contacting the floor surface 3, that is, when colliding, a part of the kinetic energy of the vibrating storage container 1 and the gantry 2 is dissipated. This is the same phenomenon as that when a hard sphere collides with the yield surface, the speed after the collision does not coincide with the speed before the collision. Since the floor surface 3 on which the storage container 1 is placed is not a complete non-yield surface, the coefficient of restitution is not 1, and energy dissipation is observed when the gantry 2 is in contact with the floor surface. .

本図において、(a)、(b)、(c)及び(d)は、貯蔵容器1及び架台2のロッキング振動の、異なる時刻における状態を表している。   In this figure, (a), (b), (c) and (d) show the states of the rocking vibrations of the storage container 1 and the gantry 2 at different times.

このときの位置エネルギー、運動エネルギー及び内部エネルギーの経時変化を図2Bに示す。ここで、図2Aの(a)、(b)、(c)及び(d)の状態に対応する時刻を図2Bの(a)、(b)、(c)及び(d)で示してある。   FIG. 2B shows temporal changes in potential energy, kinetic energy, and internal energy at this time. Here, the times corresponding to the states (a), (b), (c) and (d) in FIG. 2A are shown in (a), (b), (c) and (d) in FIG. 2B. .

(a)及び(c)においては、位置エネルギーが最小となり、運動エネルギーが極大となる。このとき、架台2が床面3に接する(衝突する)ため、衝突による内部エネルギーの散逸が起こる。ここでは、(a)及び(c)に対応する時刻をTi−1及びTで示す。また、(b)及び(d)では、位置エネルギーが極大となり、運動エネルギーが最小となる。 In (a) and (c), the potential energy is minimized and the kinetic energy is maximized. At this time, since the gantry 2 is in contact with (collises with) the floor surface 3, internal energy dissipation due to the collision occurs. Here, the times corresponding to (a) and (c) are denoted by T i−1 and T i . In (b) and (d), the potential energy is maximized and the kinetic energy is minimized.

地震等により貯蔵容器1及び架台2が付与されるエネルギーは、振動を繰り返しながら徐々に増加していく一方、床面3に接するたびに運動エネルギーを散逸することが知られている。   It is known that the energy imparted to the storage container 1 and the gantry 2 due to an earthquake or the like gradually increases while repeating vibrations, but dissipates kinetic energy each time it comes into contact with the floor surface 3.

図2Bにおいて、時刻Ti−1におけるエネルギーの散逸により内部エネルギーはpi−1となり、時刻Tで内部エネルギーはp’に達する。すなわち、時刻Ti−1から時刻Tまでの間に内部エネルギーはp’−pi−1だけ増加する。そして、時刻Tにおいてエネルギーの散逸により内部エネルギーはpになる。すなわち、衝突の瞬間に内部エネルギーはp’−pだけ減少する。 2B, the internal energy by dissipation of energy at time T i-1 is the internal energy p i-1, and the time T i reaches p 'i. That is, the internal energy increases by p ′ i −p i−1 between time T i−1 and time T i . At time T i , the internal energy becomes p i due to energy dissipation. That is, the internal energy at the moment of collision is reduced by p 'i -p i.

図3に本発明による非固定状態の貯蔵容器の耐震安全性評価方法に関する一実施例のフローチャートを示す。本実施例の安全性評価方法は、貯蔵施設、キャスク(貯蔵容器)及び架台の構造を含む設計情報を取り込む工程(S101)、キャスク(貯蔵容器)及び架台などの仕様(形状、重量等)や地震動の条件、すなわち貯蔵容器の振動特性を解析するための入力条件を設定する工程(S102)、スペクトル範囲及び振動エネルギーの算出を含む振動特性を評価する工程(S103)、貯蔵容器が付与されるエネルギーを評価する工程(S104)、並びに付与されたエネルギーから安全性の評価量である「浮上り量」を算出して安全性を評価する工程(S105)を含む。   FIG. 3 shows a flowchart of an embodiment relating to the seismic safety evaluation method for a storage container in an unfixed state according to the present invention. The safety evaluation method according to the present embodiment includes a process (S101) of taking design information including the structure of a storage facility, a cask (storage container) and a gantry, specifications (shape, weight, etc.) of the cask (storage container) and the gantry, A step of setting an input condition for analyzing a condition of seismic motion, that is, a vibration characteristic of a storage container (S102), a step of evaluating a vibration characteristic including calculation of a spectral range and vibration energy (S103), and a storage container are provided. A step of evaluating energy (S104), and a step of calculating safety (an amount of lift) from the applied energy and evaluating safety (S105).

安全性の評価量をする工程(S105)では、浮上り量からは貯蔵容器の転倒の有無を判断する。   In the step of determining the safety evaluation amount (S105), it is determined whether the storage container has fallen from the floating amount.

図4は、本発明における非固定状態の貯蔵容器の浮上り状態を示す側面図である。   FIG. 4 is a side view showing a floating state of the unfixed storage container in the present invention.

本図において、貯蔵容器1及び架台2は支点5を軸として角度θだけ傾き、架台2の支点5と反対側の端部は高さhだけ浮上っている。   In this figure, the storage container 1 and the gantry 2 are inclined by an angle θ with the fulcrum 5 as an axis, and the end of the gantry 2 opposite to the fulcrum 5 is raised by a height h.

また、図5は、本発明における非固定状態の貯蔵容器の転倒限界を示す側面図である。本図において、貯蔵容器1及び架台2の重心4が、架台2の一端の支点5を通る鉛直線6の外側に出ると転倒する。そこで、図4の状態における架台2の他端の浮上り量hの転倒限界条件をHとして設定し、算出した浮上り量hがH未満であれば転倒しないものとして安全性を評価する。このとき、図4における角度θをθと表すことにする。 Moreover, FIG. 5 is a side view which shows the fall limit of the storage container of the non-fixed state in this invention. In this figure, when the center of gravity 4 of the storage container 1 and the gantry 2 falls outside the vertical line 6 passing through the fulcrum 5 at one end of the gantry 2, it falls down. Therefore, the fall limit condition of the lift amount h at the other end of the gantry 2 in the state of FIG. 4 is set as H * , and if the calculated lift amount h is less than H * , the safety is evaluated as not falling. . At this time, the angle θ in FIG. 4 is expressed as θ * .

図6は、本発明による非固定状態の貯蔵容器の耐震安全性評価設備に関する一実施例を示す概略構成図である。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an embodiment relating to the seismic safety evaluation facility for an unfixed storage container according to the present invention.

符号8は計算機システムであり、基本的には、貯蔵容器の形状及び重心位置の情報(貯蔵容器情報)、並びに架台の形状及び重心位置の情報(架台情報)を入力し、地震波情報を入力するインプットポート81、CPU82、RAM83及びROM84を含む構成となっている。ROM84は、CPU82を制御するためのプログラムを格納した記録媒体を含む。この記録媒体を記憶部と呼ぶ。また、CPU82は、このプログラムに従って、貯蔵容器の形状や重心位置の情報、及び架台の形状や重心位置の情報を入力し、さらには、地震波情報を入力し、RAM83との間でデータの授受をしながら演算処理を行う。その演算処理の結果である耐震性をアウトプット処理部9に出力し、耐震性に関する判定を行う。   Reference numeral 8 denotes a computer system, which basically inputs information on the shape and position of the center of gravity of the storage container (storage container information) and information on the shape and position of the center of gravity (base information) and inputs seismic wave information. The input port 81, the CPU 82, the RAM 83, and the ROM 84 are included. The ROM 84 includes a recording medium that stores a program for controlling the CPU 82. This recording medium is called a storage unit. Further, according to this program, the CPU 82 inputs information on the shape and position of the center of gravity of the storage container, information on the shape of the base and position of the center of gravity, and further inputs seismic wave information, and exchanges data with the RAM 83. While performing arithmetic processing. The earthquake resistance, which is the result of the calculation process, is output to the output processing unit 9, and a determination relating to earthquake resistance is performed.

図3に示す評価フローにおいて転倒を予測するプログラムフローの一実施例を図7に示す。   FIG. 7 shows an example of a program flow for predicting a fall in the evaluation flow shown in FIG.

図7に本発明による非固定状態の貯蔵容器の耐震安全性評価方法に関する一実施例のフローチャートを示す。本実施例の安全性評価方法は、振動特性を評価するための工程(S103)と、貯蔵容器が付与されるエネルギーを評価する工程(S104)と、付与されたエネルギーから安全性の評価量である「浮上り量」を算出して安全性を評価する工程(S105)とを含む。   FIG. 7 shows a flowchart of an embodiment relating to the seismic safety evaluation method for an unfixed storage container according to the present invention. The safety evaluation method of the present embodiment includes a step (S103) for evaluating vibration characteristics, a step (S104) for evaluating energy to which the storage container is applied, and a safety evaluation amount from the applied energy. And calculating a certain “lift amount” to evaluate safety (S105).

始めに、貯蔵施設、貯蔵容器1及び架台2の構造等の設計情報を取り込む(S101)。ついで、貯蔵容器の振動特性を解析するための入力条件102を設定する(S102)。入力条件としては、設計用地震動、貯蔵容器仕様(寸法、重量等)、架台仕様(寸法、重量等)等である。   First, design information such as the structure of the storage facility, the storage container 1 and the gantry 2 is taken in (S101). Next, an input condition 102 for analyzing the vibration characteristics of the storage container is set (S102). Input conditions include design earthquake motion, storage container specifications (dimensions, weight, etc.), gantry specifications (dimensions, weight, etc.).

つぎに、振動解析を実施する(S103)。この振動解析(S103)は、2つのステップ、すなわち評価対象となる貯蔵容器の振動特性を評価するためのスペクトル範囲を設定する工程(S103a)、及びこのモデルに基づいて時刻歴解析を実施して振動エネルギーを算出する工程(S103b)を含む。   Next, vibration analysis is performed (S103). This vibration analysis (S103) is performed in two steps, that is, a step of setting a spectral range for evaluating the vibration characteristics of the storage container to be evaluated (S103a), and a time history analysis based on this model. A step of calculating vibration energy (S103b) is included.

さらに、振動エネルギーから貯蔵容器に付与するエネルギーを評価する工程(S104)は、5つのステップ、すなわち振動エネルギーの時間変化を算出する工程(S104a)、単位時間当たりの付与されたエネルギーの最大値を算出する工程(S104b)、付与されるエネルギーを定める累積時間幅を設定する工程(S104c)、累積したエネルギーを算出する工程(S104d)、及び最大累積エネルギーを算出する工程(S104e)を含む。ここで、(S104c)から(S104e)までの工程においては、反復計算を行って蓄積エネルギーの最大値を確定してもよい。   Further, the step of evaluating the energy to be applied to the storage container from the vibration energy (S104) has five steps, that is, the step of calculating the time change of the vibration energy (S104a), and the maximum value of the applied energy per unit time. A step of calculating (S104b), a step of setting an accumulated time width for determining the energy to be applied (S104c), a step of calculating the accumulated energy (S104d), and a step of calculating the maximum accumulated energy (S104e). Here, in the steps from (S104c) to (S104e), the maximum value of the stored energy may be determined by performing iterative calculation.

そして、さらに、安全性の評価量をする工程(S105)は、蓄積エネルギーから浮上り量を算出する工程(S105a)、及び浮上り量から転倒評価を行う工程(S105b)を含む。浮上り量からは貯蔵容器の転倒の有無を判断する。
<振動特性の評価:S103>
非固定状態の貯蔵容器において、外力が働いたときの振動特性を評価する。ここで、図7の(S103a)で評価する振動特性(振動定数)は、参考文献(秋山ら、エネルギースペクトルを用いた剛体の転倒予測、日本建築学会構造系論文集488号、49−55号)に記載されているように、質点振動系の運動方程式より、一般的に式(1)のように表すことができる。
Further, the step of calculating the safety evaluation amount (S105) includes a step of calculating the lift amount from the stored energy (S105a), and a step of performing a fall evaluation from the lift amount (S105b). Whether the storage container has fallen or not is determined from the floating amount.
<Evaluation of vibration characteristics: S103>
Evaluate the vibration characteristics when an external force is applied to an unfixed storage container. Here, the vibration characteristic (vibration constant) evaluated in (S103a) of FIG. 7 is a reference document (Akiyama et al., Prediction of falling of rigid body using energy spectrum, Architectural Institute of Japan, 488, 49-55. ), It can be generally expressed as equation (1) from the equation of motion of the mass vibration system.

Figure 2009216581
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また、上記参考文献には、剛体の振動特性において考慮するスペクトル幅は、T〜Tであり、T及びTは、ロッキング振動する構造物の床面接地面形状が矩形の場合に式(2)及び式(3)で求めることができる、と記載されている。 Further, in the above-mentioned reference, the spectrum width considered in the vibration characteristics of the rigid body is T 0 to T 1 , and T 0 and T 1 are expressed when the floor ground plane shape of the rocking vibration structure is rectangular. It is described that it can be obtained by (2) and formula (3).

Figure 2009216581
Figure 2009216581

Figure 2009216581
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したがって、振動特性の評価においては、式(1)で算出される振動特性も用い、式(2)及び式(3)より、振動エネルギーを評価する。
<付与されるエネルギーの評価:S104>
振動特性の評価(S103)で算出した非固定状態の貯蔵容器が地震エネルギーから付与されるエネルギー速度の時間変化V(t)は、式(4)で表記できる。
Therefore, in the evaluation of the vibration characteristics, the vibration energy calculated by the expression (1) is also used, and the vibration energy is evaluated from the expressions (2) and (3).
<Evaluation of energy applied: S104>
The time change EV (t) of the energy velocity that the storage container in the non-fixed state calculated in the vibration characteristic evaluation (S103) is given from the seismic energy can be expressed by Equation (4).

Figure 2009216581
Figure 2009216581

式(4)を微分することにより、単位時間当たりに付与されるエネルギー、すなわちエネルギー速度を式(5)のように算出できる。   By differentiating the equation (4), the energy applied per unit time, that is, the energy velocity can be calculated as in the equation (5).

Figure 2009216581
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貯蔵容器に付与されるエネルギー速度で表記したエネルギーから貯蔵容器の転倒を予測するには、転倒に至る時間内で累積される付与エネルギー速度で評価することが適切である。このため、貯蔵容器に付与される時間累積のエネルギー速度は、単位時間当たりに付与されるエネルギー速度を、任意の時刻tからの時間幅Tで積分することで式(6)のように算出できる。ここで、tは地震の始まり(時刻0)をとってもよいが、計算時間の短縮の観点から、地震の揺れが大きくなり始めてから揺れのピークを迎えるまでの間で適切な時刻をあらかじめ定めておいてもよい。   In order to predict the falling of the storage container from the energy expressed by the energy speed applied to the storage container, it is appropriate to evaluate the applied energy speed accumulated within the time until the storage container falls. For this reason, the energy rate of time accumulation given to the storage container can be calculated as shown in Equation (6) by integrating the energy rate given per unit time with the time width T from an arbitrary time t. . Here, t may take the beginning of the earthquake (time 0), but from the viewpoint of shortening the calculation time, an appropriate time should be determined in advance from the time when the earthquake begins to increase until the peak of the earthquake is reached. May be.

Figure 2009216581
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転倒の可否判断は、式(7)によって時間幅Tを考慮したエネルギー速度の最大値を求めて評価する。この場合に、t及びTをパラメータとしてエネルギー速度の最大値を算出する。   In order to determine whether or not toppling is possible, the maximum value of the energy speed in consideration of the time width T is obtained and evaluated by Expression (7). In this case, the maximum value of the energy velocity is calculated using t and T as parameters.

Figure 2009216581
Figure 2009216581

<転倒の可否評価:S105>
図4は、貯蔵容器1の重心位置4と浮上り量hとの関係を示したものである。本図に示すように、ロッキング振動による浮上り量hは、地震力から付与される内部エネルギーの最大値Δ(max)が位置エネルギー増分に変換されると仮定して、重心の浮上り量hが次の式(8)により求められる。なお、gは重力加速度である。
<Falling evaluation: S105>
FIG. 4 shows the relationship between the center of gravity position 4 of the storage container 1 and the floating amount h. As shown in this figure, the floating amount h due to the rocking vibration is based on the assumption that the maximum value Δ ( E V max ) of the internal energy given from the seismic force is converted into the potential energy increment. The quantity h 0 is determined by the following equation (8). In addition, g is a gravitational acceleration.

Figure 2009216581
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そして、重心位置4の浮上り量hが発生した時の架台端部の浮上り量hを算出し、図5に示す転倒条件である浮上り量Hと比較することにより、転倒の有無を評価することができる。 Then, the lift amount h of the gantry end when the lift amount h 0 at the center of gravity position 4 occurs is calculated and compared with the lift amount H * which is the fall condition shown in FIG. Can be evaluated.

図8は、図7のフローに従って算出した内部エネルギーの時間変化を模式的に示したグラフである。   FIG. 8 is a graph schematically showing temporal changes in internal energy calculated according to the flow of FIG.

図8において、横軸は地震の経過時間とほぼ同等なスケールである時間であり、縦軸は地震時のエネルギーを等価に示す等価速度である。図中、エネルギー全蓄積量の時間変化は、内部エネルギーの散逸がないと仮定した場合の内部エネルギーの蓄積量であり、参考文献の考え方に従って式(4)を用いて算出するものである。これは増加関数となる。これは図7の(S103)で行う時刻歴解析である。ここで、算出した内部エネルギーの蓄積量は、衝突等によるエネルギーの散逸を考慮していないため、地震波等により付与されるエネルギー蓄積量の最大値が得られる。これを基準に転倒するか否かの安全性評価を行うと、貯蔵容器の安全な仕様を過度に要求する結果となり、貯蔵容器を含めた貯蔵設備が極めてコストの高いものとなる。   In FIG. 8, the horizontal axis is a time having a scale that is substantially equivalent to the elapsed time of the earthquake, and the vertical axis is an equivalent velocity that equivalently indicates the energy at the time of the earthquake. In the figure, the temporal change in the total energy storage amount is the internal energy storage amount when it is assumed that there is no dissipation of internal energy, and is calculated using equation (4) according to the concept of the reference. This is an increasing function. This is the time history analysis performed in (S103) of FIG. Here, since the calculated amount of accumulated internal energy does not take into account energy dissipation due to a collision or the like, the maximum value of the amount of accumulated energy imparted by seismic waves or the like can be obtained. If safety evaluation of whether or not to fall is performed based on this, it results in excessively demanding a safe specification of the storage container, and the storage equipment including the storage container becomes extremely expensive.

実際には、エネルギーの散逸が生じるため、エネルギー蓄積量は上記の最大値に比べて低いものとなる。すなわち、エネルギーの散逸を考慮して安全性評価を行えば、貯蔵容器の安全な仕様のためのコストを大幅に低減することができるはずである。   Actually, energy dissipation occurs, so that the energy storage amount is lower than the above maximum value. That is, if safety evaluation is performed in consideration of energy dissipation, the cost for the safe specification of the storage container should be able to be greatly reduced.

そこで、(S104)において、架台と床面との反発係数を含めたエネルギーの散逸の条件を考慮して解析を行う。   Therefore, in (S104), the analysis is performed in consideration of the energy dissipation condition including the coefficient of restitution between the gantry and the floor surface.

エネルギー時間蓄積量の時間変化は、式(5)及び式(6)を用いて算出するものであり、本発明において新たに導入した考え方である。これは(S104)で行うものである。すなわち、図8におけるエネルギー時間蓄積量の時間変化は、地震から付与されるエネルギーを地震の全時間で累積評価したエネルギー全累積量を、時間幅を区切って評価し直した結果である。   The temporal change in the energy time accumulation amount is calculated using the equations (5) and (6), and is a concept newly introduced in the present invention. This is performed in (S104). That is, the time change of the energy time accumulation amount in FIG. 8 is a result of reassessing the total energy accumulation amount obtained by accumulating and evaluating the energy applied from the earthquake over the entire time of the earthquake while dividing the time width.

この(S104)で行う解析は、衝突等のエネルギーの散逸を考慮するため、初期の内部エネルギーが後期の内部エネルギー累積量に与える影響は軽微である。このため、上述の時刻tを、地震波が大きくなり始めてからの任意の時刻に設定することができる。これは解析時間を短縮する効果がある。   Since the analysis performed in this (S104) takes into account energy dissipation such as a collision, the influence of the initial internal energy on the internal energy accumulation amount in the latter period is negligible. For this reason, the above-mentioned time t can be set to any time after the seismic wave starts to increase. This has the effect of shortening the analysis time.

そして、時間幅Tを適切な範囲で変化させて式(6)及び式(7)の計算を行い、安全性評価において重要な値である内部エネルギーの最大値Δ(max)を算出する。時間幅Tは、貯蔵容器が外力から付与されるエネルギーを算出する際に、貯蔵容器のロッキング振動の周期で定まる時間間隔を用いて設定してもよい。 Then, the time width T is changed within an appropriate range, the expressions (6) and (7) are calculated, and the maximum value Δ ( E V max ) of internal energy, which is an important value in safety evaluation, is calculated. . The time width T may be set using a time interval determined by the period of the rocking vibration of the storage container when the energy applied from the external force to the storage container is calculated.

図9は、図7の評価フローにおいて振動特性を評価する工程(S103)で実施する質点系の振動モデルの一実施例を示したものである。   FIG. 9 shows an embodiment of a mass system vibration model executed in the step (S103) of evaluating the vibration characteristics in the evaluation flow of FIG.

この振動モデルにおいて、固定金具10によって架台2に固定された貯蔵容器1は、貯蔵容器1の重心41及び架台2の重心42で定めた質点と、架台2の振動現象をモデル化したバネ要素Sbと、バネ要素を結ぶ梁Bbとに変換される。   In this vibration model, the storage container 1 fixed to the gantry 2 by the fixing bracket 10 is composed of a spring element Sb that models the mass point determined by the gravity center 41 of the storage container 1 and the centroid 42 of the gantry 2 and the vibration phenomenon of the gantry 2. And the beam Bb connecting the spring elements.

本実施例の場合、条件を入力する工程(S102)において、貯蔵容器1及び架台2の仕様を個別に入力するためのモデルである。   In the case of the present embodiment, this is a model for individually inputting the specifications of the storage container 1 and the gantry 2 in the step of inputting conditions (S102).

図10は、質点系の振動モデルに関する他の実施例を示したものである。   FIG. 10 shows another embodiment relating to a mass system vibration model.

本図の振動モデルは、貯蔵容器の上部に貯蔵容器1の蓋部301の質点43を設けた貯蔵容器の振動モデルである。   The vibration model in this figure is a vibration model of a storage container in which the mass point 43 of the lid 301 of the storage container 1 is provided on the upper part of the storage container.

本実施例の場合、条件を入力する工程(S102)において、貯蔵容器1、架台2及び蓋部301の仕様を個別に入力するためのモデルである。   In the case of the present embodiment, this is a model for individually inputting the specifications of the storage container 1, the gantry 2 and the lid 301 in the step of inputting conditions (S102).

図9及び図10に示すモデルは、図1に示した解析に用いる全体の重心4の算出を自動化するものである。   The models shown in FIGS. 9 and 10 automate the calculation of the entire center of gravity 4 used for the analysis shown in FIG.

本発明による安全性評価の対象である非固定状態の貯蔵容器を示す概要構成図である。It is a schematic block diagram which shows the storage container of the non-fixed state which is the object of safety evaluation by this invention. 本発明による安全性評価の対象である非固定状態の貯蔵容器の地震時における動きを示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the movement at the time of the earthquake of the storage container of the non-fixed state which is the object of the safety evaluation by this invention. 図2Aの貯蔵容器の地震時におけるエネルギー状態の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the energy state at the time of the earthquake of the storage container of FIG. 2A. 本発明による非固定状態の貯蔵容器の安全性評価方法に関する一実施例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Example regarding the safety evaluation method of the storage container of the non-fixed state by this invention. 本発明における非固定状態の貯蔵容器の浮上り状態を示す側面図である。It is a side view which shows the floating state of the storage container of the non-fixed state in this invention. 本発明における非固定状態の貯蔵容器の転倒限界を示す側面図である。It is a side view which shows the fall limit of the storage container of the non-fixed state in this invention. 本発明による非固定状態の貯蔵容器の耐震安全性評価設備に関する一実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Example regarding the seismic safety evaluation equipment of the storage container of the non-fixed state by this invention. 本発明による非固定状態の貯蔵容器の安全性評価方法を示すプログラムフローである。It is a program flow which shows the safety evaluation method of the storage container of the non-fixed state by this invention. 本発明によるエネルギー時間蓄積量の算出結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result of the energy time accumulation amount by this invention. 本発明による非固定状態の貯蔵容器の安全性評価における質点系振動モデルの一実施例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Example of the mass system vibration model in the safety evaluation of the storage container of the non-fixed state by this invention. 本発明による非固定状態の貯蔵容器の安全性評価における質点系振動モデルの他の実施例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other Example of the mass system vibration model in the safety evaluation of the storage container of the non-fixed state by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:貯蔵容器、2:架台、3:床面、4:重心、5:支点、6:鉛直線、8:計算機システム、9:アウトプット処理部。   1: storage container, 2: mount, 3: floor surface, 4: center of gravity, 5: fulcrum, 6: vertical line, 8: computer system, 9: output processing unit.

Claims (6)

放射性物質を収容し、非固定状態の架台に固定した貯蔵容器の耐震安全性評価方法であって、前記架台を含む前記貯蔵容器の解析用モデルを作成し、前記貯蔵容器に地震荷重のような外力が働いたときの浮上り量を算出し、算出した浮上り量に基づいて耐震安全性を評価することを特徴とする貯蔵容器の耐震安全性評価方法。   A method for evaluating the seismic safety of a storage container containing a radioactive substance and fixed to an unfixed gantry, wherein a model for analysis of the storage container including the gantry is created, and an earthquake load is applied to the storage container A method for evaluating seismic safety of a storage container, characterized by calculating a floating amount when an external force is applied and evaluating the seismic safety based on the calculated floating amount. 放射性物質を収容し、非固定状態の架台に固定した貯蔵容器の耐震安全性評価方法であって、前記架台を含む前記貯蔵容器の解析用モデルを作成し、前記貯蔵容器に地震荷重のような外力が働いたときの浮上り量を算出し、算出した浮上り量に基づいて耐震安全性を評価し、且つ前記浮上り量を前記貯蔵容器に生じるロッキング振動に基づいて算出することを特徴とする貯蔵容器の耐震安全性評価方法。   A method for evaluating the seismic safety of a storage container containing a radioactive substance and fixed to an unfixed gantry, wherein a model for analysis of the storage container including the gantry is created, and an earthquake load is applied to the storage container Calculating a floating amount when an external force is applied, evaluating earthquake-proof safety based on the calculated floating amount, and calculating the floating amount based on rocking vibration generated in the storage container, Seismic safety evaluation method for storage containers. 放射性物質を収容し、非固定状態の架台に固定した貯蔵容器の耐震安全性評価方法であって、前記架台を含む貯蔵容器の解析用モデルを作成し、前記貯蔵容器に地震荷重のような外力が働いたときの浮上り量を算出し、算出した浮上り量に基づいて耐震安全性を評価し、且つ前記浮上り量を、前記貯蔵容器に前記外力によって付与されるエネルギーから算出することを特徴とする貯蔵容器の耐震安全性評価方法。   A method for evaluating the seismic safety of a storage container containing a radioactive substance and fixed to an unfixed gantry, wherein a model for analysis of the storage container including the gantry is created, and an external force such as an earthquake load is applied to the storage container Calculating the amount of lift when activated, evaluating the seismic safety based on the calculated amount of lift, and calculating the amount of lift from the energy applied to the storage container by the external force Seismic safety evaluation method for storage containers. 放射性物質を収容し、非固定状態の架台に固定した貯蔵容器の耐震安全性評価方法であって、前記架台を含む前記貯蔵容器の解析用モデルを作成し、前記貯蔵容器に地震荷重のような外力が働いたときの浮上り量を算出し、算出した浮上り量に基づいて耐震安全性を評価し、且つ前記浮上り量の算出には、前記貯蔵容器に前記外力によって付与されるエネルギーを区切られた時間幅の範囲で算出し、この算出したエネルギーを用いることを特徴とする貯蔵容器の耐震安全性評価方法。   A method for evaluating the seismic safety of a storage container containing a radioactive substance and fixed to an unfixed gantry, wherein a model for analysis of the storage container including the gantry is created, and an earthquake load is applied to the storage container The amount of lift when an external force is applied is calculated, the seismic safety is evaluated based on the calculated amount of lift, and the energy applied to the storage container by the external force is calculated for the calculation of the amount of lift. A method for evaluating seismic safety of a storage container, characterized in that the calculated energy is calculated within a range of divided time widths. 放射性物質を収容し、非固定状態の架台に固定した貯蔵容器の耐震安全性評価方法であって、前記架台を含む貯蔵容器の解析用モデルを作成し、前記貯蔵容器に地震荷重のような外力が働いたときの浮上り量を、この貯蔵容器に前記外力によって付与されるエネルギーから算出し、算出した浮上り量に基づいて安全性を評価し、且つ前記エネルギーの算出に用いる時間幅を、前記貯蔵容器に生じるロッキング振動の周期で定まる時間間隔を用いて設定することを特徴とする貯蔵容器の耐震安全性評価方法。   A method for evaluating the seismic safety of a storage container containing a radioactive substance and fixed to an unfixed gantry, wherein a model for analysis of the storage container including the gantry is created, and an external force such as an earthquake load is applied to the storage container Is calculated from the energy applied to the storage container by the external force, the safety is evaluated based on the calculated floating amount, and the time width used for calculating the energy is calculated as follows: A method for evaluating seismic safety of a storage container, wherein the method is set using a time interval determined by a period of rocking vibration generated in the storage container. 放射性物質を収容し、非固定状態の架台に固定した貯蔵容器の耐震安全性評価設備であって、前記架台に連結された前記貯蔵容器の耐震安全性評価の解析用モデルを作成するための貯蔵容器情報、架台情報、及び地震波情報を入力するインプットポートと、地震波により前記貯蔵容器に付与されるエネルギーを算出するために用いるプログラムを格納した記憶部と、前記プログラムを実行して前記エネルギーを算出する計算部と、算出した前記エネルギーより前記貯蔵容器の耐震安全性評価を行う判定部と、を備えることを特徴とする貯蔵容器の耐震安全性評価設備。   A facility for evaluating the seismic safety of storage containers that contain radioactive materials and are fixed to an unfixed gantry, and is used to create an analysis model for seismic safety evaluation of the storage containers connected to the gantry An input port for inputting container information, gantry information, and seismic wave information, a storage unit storing a program used to calculate energy given to the storage container by seismic waves, and calculating the energy by executing the program A storage container seismic safety evaluation facility, comprising: a calculation section that performs a determination section that performs an earthquake resistance safety evaluation of the storage container based on the calculated energy.
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