Investigation on damage evaluation index with ductility factor based on simulation analysis for loading test of piping support structure

配管支持構造物の載荷試験の再現解析結果に基づく塑性率による損傷評価指標の検討

奥田 幸彦  ; 滝藤 聖崇 ; 西田 明美  ; Li, Y. 

Okuda, Yukihiko; Takito, Kiyotaka; Nishida, Akemi; Li, Y.

地震に対する確率論的リスク評価(PRA)において、設計上の想定を超える入力地震動を対象とした配管系のフラジリティ評価に資する現実的応答解析手法の構築は重要課題の一つである。特に、配管系はプラント固有の複雑なルート形状を有していることから、配管支持構造物の配置や剛性等が、配管系全体の応答特性に与える影響が大きいことが知られている。一方、従来の耐震設計では弾性応答を仮定した評価手法が採用されていることから、弾性応答を超える過大な入力地震動に対する現実的応答解析手法の構築のためには、配管支持構造物を含めた配管系の現実的応答を推定できる弾塑性応答解析手法の開発が望まれている。筆者らは、配管支持構造物を含む配管系の弾塑性応答解析手法の整備を目的として、これまでに配管支持構造物載荷試験及び弾塑性特性を考慮した材料モデルの最適化検討を実施してきた。本論文では、既報の配管支持構造物載荷試験を対象とした弾塑性応答解析により再現性を確認するとともに、試験結果と解析結果の分析・評価により塑性率と損傷状態との良好な相関が得られたことから、配管支持構造物に対する損傷評価指標として塑性率が有効であることを示す。

After the Great East Japan earthquake and the accident at the TEPCO's Fukushima Daiichi Nuclear Power Stations in March 2011, the regulation for nuclear power plants (NPPs) has been enhanced to take countermeasures against beyond-design-basis events. To improve the seismic safety of nuclear facilities against earthquakes that exceed the design input ground motion, the importance of seismic probabilistic risk assessment (PRA) has drawn much attention. It is essential to evaluate the realistic seismic response of the equipment and piping in NPPs for fragility assessment in seismic PRA. In particular, since piping systems have plant-specific complex route geometries, it is known that the arrangement and stiffness of piping support structures have a significant impact on seismic response characteristics of the entire piping system. In contrast, the current seismic design procedure adopts an evaluation method assuming an elastic response. To construct a realistic seismic response analysis method for excessive input ground motion exceeding the elastic response, it is desired to develop an elastic-plastic response analysis method that can estimate the realistic response of piping systems including pipe support structures. In this study, the applicability of the method is confirmed by the simulation analysis of the elasto-plastic response for the piping support structure loading test previously reported. Moreover, based on the good correlation between the ductility factor and the damage status obtained from the test results and simulation analysis results, it is shown that the ductility factor is effective as a damage evaluation index for piping support structures.