Estimation of vibration characteristics of nuclear facilities based on seismic observation records

地震観測記録による原子力施設の振動特性の推定

山川 光稀*; 猿田 正明*; 森谷 寛*; 山崎 宏晃*; 西田 明美  ; 川田 学; 飯垣 和彦 

Yamakawa, Koki*; Saruta, Masaaki*; Moritani, Hiroshi*; Yamazaki, Hiroaki*; Nishida, Akemi; Kawata, Manabu; Iigaki, Kazuhiko

中越沖地震や東北地方太平洋沖地震等、近年大規模地震が多く発生し、原子力施設の耐震評価は重要課題となっている。原子力施設の耐震評価をより高い精度で行うためには、原子炉建屋の局部応答を考慮して施設内の機器への入力を精緻に評価する必要がある。このため、近年では原子炉建屋の現実的な局部応答を評価可能な、3次元有限要素モデルが耐震評価へ活用されつつある。原子炉建屋の3次元有限要素モデルについては、柏崎刈羽原子力発電所を対象として2007年新潟県中越沖地震の観測記録を用いたベンチマーク解析なども行われている。しかしながら、その結果は解析者によって異なり、3次元モデルを用いた地震応答解析手法はまだ確立されていないのが現状である。原子炉建屋の壁や床の局部応答評価など、3次元有限要素モデルの精度を向上させるためには、地震観測記録を活用したモデルの妥当性確認が重要となる。本研究では、原子炉建屋の固有振動数や固有モードなどの基本的な応答特性を分析するとともに、地震動の強さの違いによる応答特性への影響評価を行い、原子炉建屋の地震時挙動を明らかにする。これらの分析を通して、原子炉建屋の固有振動数と地震動の強さとの関係を定量的に評価する。さらに、原子炉建屋の回転変位と固有モードに対応する建屋変形に起因する変位の比を比較する。

Several large-scale earthquakes have occurred, such as the Niigataken Chuetsu-oki Earthquake in 2007 and the 2011 off-the-Pacific coast of Tohoku Earthquake. Therefore, a three-dimensional (3D) finite element model to evaluate the local response of the reactor building is currently being developed for seismic response analysis. In order to refine the 3D finite element model, it is important to verify the correspondence to the seismic observation behaviors. In this study, the authors analyze the basic response characteristics, such as the natural frequencies and modes of the reactor building, and evaluate the effects of the amplitude of the seismic excitation on the response characteristics based on seismic observation records. This is done to clarify the behavior of a reactor building during earthquakes. These analyses will assist in quantitatively evaluating the correlation between the natural frequency of the building and the amplitude of the seismic excitation. Furthermore, the ratios of rotational displacement and displacement caused by building deformation for natural modes are discussed.