Effectiveness evaluation of the measures for improving resilience of nuclear structures against excessive earthquake, 1; Fragility evaluation of reactor vessel based on structural analysis

過大地震時に対する原子炉構造のレジリエンス向上策の有効性評価,1; 構造解析に基づいた原子炉容器のフラジリティ評価

西野 裕之  ; 栗坂 健一 ; 二神 敏  ; 渡壁 智祥; 山野 秀将   

Nishino, Hiroyuki; Kurisaka, Kenichi; Futagami, Satoshi; Watakabe, Tomoyoshi; Yamano, Hidemasa

従来の地震PRAでは原子炉容器(RV)の座屈は炉心損傷に支配的に寄与していた。しかしながら現実的には、たとえRVが地震の揺れによって座屈したとしてもRVの破裂や倒壊のようなことになることはなくRV本来の機能を損なうようなことはないと期待できる。このような現実的な座屈後の挙動を考慮することを本研究ではレジリエンス向上策と考える。本研究の目的はRV座屈後の挙動を理解すること、及び疲労破損に基づくフラジリティ評価をすることである。RV座屈後の挙動を理解するために本研究ではひずみやその変位の時間履歴などを定量化するために有限要素法を使って構造解析を実施した。解析の結果、座屈のしわはRV液位よりも高い位置で現れた。最も大きなひずみの値もまたこの高さであることを示せた。この解析によって疲労損傷係数を評価し、座屈によるフラジリティに加えて疲労破損のフラジリティもこの解析結果を用いて評価した。この結果、我々が対象としたプラントに対して、疲労破損及び座屈のフラジリティの中央値(地震動の強さ)は、それぞれ設計基準地震動の6倍と5倍であり、疲労破損フラジリティの中央値の方が座屈フラジリティの中央値よりも1.2倍大きかった。これは座屈後の挙動の現実的な評価は構造のレジリエンス向上に寄与することを意味する。

The reactor vessel (RV) buckling was a dominant contributor to core damage. However, even if the RV is buckled due to seismic shaking, it is expected that the RV maintains stable state without unstable failure such as rupture, collapse. Realistic consideration of the post-buckling behavior is regarded as a measure for improving the resilience in this study. The purpose of this study is to understand the post-buckling deformation behavior of the RV and to evaluate the RV fragility based on fatigue failure. This study performed structural analysis using a finite element method to quantify time histories of displacement, strain, etc. As the result of the analysis, wrinkles of the buckling appeared at the elevation higher than the liquid level in the RV. The largest strain value was also indicated around this elevation. The cumulative fatigue damage fraction was evaluated in this analysis to evaluate the fragility of fatigue failure in addition to the buckling fragility. The result showed that the seismic intensity for the median fragility of the fatigue failure was about six times larger than the design-basis ground motion. This is 1.2 times larger than the buckling-based result, which suggests that realistic evaluation of the post-buckling behavior could contribute to improving the resilience of the nuclear structure.