機器上下免震構造の開発(第9報 コモンデッキ方式上下免震構造の振動試験 その2)

Development of seismic isolation system in vertical direction; Report No.9 Horizontal dynamic tests of a common deck isolation structure

大岡 誠; 堀切 守人

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高速炉の実用化を展望した革新的な技術開発の一環として、機器上下免震構造の開発に関する研究を現在進めている。開発の最終的な目標は、原子炉建屋水平免震に加えて内部機器(一次系)を上下方向に免震することによる3次元免震構造の実現にある。これまでの検討からコモンデッキ方式上下免震構造を創出し、本構造の最適な振動特性を設定するとともに本構造を幾何学的に縮小したモデルにより製作実現性ならびに上下方向の基本的な振動特性の把握を行なった。本報では、本構造の基本的な成立性を更に調べるため縮小モデルを使用した水平方向単独加振と水平+上下方向同時加振の振動試験を実施し、ロッキング挙動と同時加振による連成影響について以下の知見を得た。1)本構造は、水平加振により3つの振動モードを有し、上下、ロッキング、デッキ面外の振動となる。2)ロッキング振動は、2次モードとなり水平波が作用した場合、最も支配的に働く。振動数には幅があり、免震要素の構造に困るものとして皿ばねと円筒ケースの接触が主たる原因で発生する。また、ロッキングに伴う減衰は、約28%であった。3)水平+上下同時加振において、振動数は連成による影響は殆ど受けず、水平、上下方向それぞれ独立に扱える。一方、減衰は影響を受け特に上下に作用する。上下単独に比べ最大で3倍強(約1215%)の減衰となった。4)建屋水平免震を前提とした地震入力における応答は、入力地震波の特性により傾向が異なるが、短周期成分を多く含む(もんじゅ設計地震波)波で立地が硬質条件(地盤-積層ゴム:剛)で最も上下免震効果が確認され、連成による影響はない。一方、応答変位は、同時加振により増加するが実用上問題のないレベルに抑制されている。5)地震時のロッキング応答は、同時加振により水平単独の結果に対して約2倍程度増幅するが最大で約1.2E-4(rad)程度となり十分小さいレベルであった。

A structure concept of vertical seismic isolation system which uses a common deck and a set of large dish springs was created in past studies. In this report, a series of dynamic tests on a small scale model of a common deck isolation structure were performed. The model was excited by random and seismic waves in the horizontal direction and 2-D excitation, horizontal and vertical, in order to identify the characteristics of isolation effect. The tests results are summarized as below. (1)This structure has three vibration mode. The second mode is rocking. (2)Rocking frequency depends on the excitation, for this structure has dish spring which contact with cylinders. Rocking damping varies from 2 to 8%. (3)Each mode's response peak frequency to 2-D (horizontal and vertical) excitation is almost the same the some to horizontal excitation. Vertical mode damping to 2-D excitation is about three times to horizontal excitation. (4)Isolation effect depends on a characteristics of frequency of input motion. The minimum response is to the Monju design seismic wave, soil shear wave: Vs=2000m/sec, natural frequency of horizontal isolation in vertical direction: fv=20Hz. A relative displacement is controlled. (5)A rocking angular displacement to 2-D excitation is about 2 times to 1-D excitation (vertical). However, it is about l.2E-4(rad), sufficiently small for a practical plant.