Standard guideline for the seismic response analysis method using three-dimensional finite element model of reactor buildings (Contract research) (Translated document)

原子炉建屋の3次元有限要素モデルを用いた地震応答解析手法に関わる標準的解析要領(受託研究)(翻訳資料)

崔 炳賢  ; 西田 明美  ; 川田 学; 塩見 忠彦; Li, Y. 

Choi, B.; Nishida, Akemi; Kawata, Manabu; Shiomi, Tadahiko; Li, Y.

原子力発電施設における建物・構築物の地震応答解析においては、我が国では、従来より質点系モデルが用いられてきたが、近年の解析技術の発展により、立体的な建物を3次元的にモデル化し、建物の3次元挙動、建物材料の非線形性、建物及び地盤間の非線形性等を考慮した有限要素法による地震応答解析が実施されるようになってきた。3次元モデルによる有限要素解析(3次元FEM)は,複雑で高度な技術が用いられる一方、汎用性があるために広く利用され、原子力分野以外では構造物のモデル化、材料物性の非線形特性の信頼性を確保するためのガイドラインの策定や技術認定などがなされるようになってきた。原子力分野においては、IAEAにより平成19年(2007年)新潟県中越沖地震における質点系モデル、3次元FEMモデルによる観測記録の再現解析がKARISMAベンチマークプロジェクトとして実施され、複数の解析者の解析結果が報告された。その報告によると、解析者により解析結果にばらつきが大きいということが判明され、解析手法の標準化による解析結果の信頼性の確保が急務となっている。また、原子力発電施設の強非線形領域の現実的な挙動の評価が必要となる建物・構築物・機器のフラジリティ評価においても詳細な3次元挙動把握の必要性が指摘されている。こうした背景を踏まえ、原子炉建屋を対象とした地震応答解析に用いられる3次元FEMモデルの作成及び解析にあたって必要となる一般的・基本的な手法や考え方を取りまとめて標準的解析要領を整備した。これにより原子炉建屋の3次元FEMモデルによる地震応答解析手法の信頼性向上につながることが期待される。本標準的解析要領は、本文、解説、及び解析事例で構成されており、原子炉建屋3次元FEMモデルを用いた地震応答解析の実施手順、推奨事項、留意事項、技術的根拠等が含まれている。また、本標準的解析要領は、最新知見を反映し、適宜改訂する。

In the assessment of seismic safety and the design of building structures in nuclear facilities, lumped mass models have been used as standard methods. Recent advances in computer capabilities allow the use of three-dimensional finite element (3D FE) models to account for the 3D behavior of buildings, material nonlinearity, and the nonlinear soil-structure interaction effect. While 3D analysis method has many advantages, it is necessary to ensure its reliability as a new approach. The International Atomic Energy Agency performed an international benchmark study using the 3D FE analysis model for reactor building of Unit 7 at TEPCO's Kashiwazaki-Kariwa Nuclear Power Station based on recordings from the Niigataken Chuetsu-oki Earthquake in 2007. Multiple organizations from different countries participated in this study and the variation in their analytical results was significant, indicating an urgent need to improve the reliability of the analytical results by standardization of the analytical methods using 3D FE models. Additionally, it has been pointed out that it is necessary to understand the 3D behavior in the seismic fragility assessment of buildings and equipment, using realistic seismic response analysis method based on 3D FE models. In view of these considerations, a guideline for the seismic response analysis method using a 3D FE model was developed by incorporating the latest knowledge and findings in this area. The purpose of the guideline is to improve the reliability of the seismic response analysis method using 3D FE model of reactor buildings. The guideline consists of a main body, commentaries, and appendixes. The standard procedures, recommendations, key points to note, and technological bases for conducting seismic response analysis on reactor buildings using 3D FE models are provided in the guideline. In addition, the guideline will be revised reflecting the latest knowledge.