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論文

積層ゴム系免震構造の安全裕度に関する基礎的考察

深沢 剛司*; 宮川 高行*; 内田 昌人*; 山本 智彦; 宮崎 真之; 岡村 茂樹*; 藤田 聡*

日本機械学会論文集(インターネット), 87(898), p.21-00007_1 - 21-00007_17, 2021/06

本論文では、積層ゴムを用いた免震構造物の耐震安全マージンに関する基礎研究について述べた。免震構造物で想定される地震応答の変動は、「入力地動による地震応答の変動」と「免震装置の製造に伴う設計値の誤差」の重ね合わせの下で発生する。それらの状態を考慮した地震応答解析は、孤立した構造物の耐震安全マージンを評価するために重要である。本論文は、ナトリウム冷却高速炉(SFR)用のゴム製ベアリングからなる隔離構造物の耐震安全マージンが、地震応答の変動要因を考慮した地震応答解析を通じて日本電気協会ガイド4601(JEAG4601)およびSFRの基礎地動に対して確保されることを明らかにする。さらに、地震応答解析の結果を使用して、耐震安全マージンと線形限界の超過確率との関係について説明する。

論文

Seismic evaluation for a large-sized reactor vessel targeting SFRs in Japan

内田 昌人*; 宮川 高行*; 堂崎 浩二*; 近澤 佳隆; 久保 重信; 早船 浩樹; 鈴野 哲司*; 深沢 剛司*; 神島 吉郎*; 藤田 聡*

Proceedings of 2018 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2018) (CD-ROM), p.380 - 386, 2018/04

近年開発における第4世代炉であるSFRについては、プール型の開発が主流であることはよく知られている。一般に、プール型は主要な一次系機器を原子炉容器に内包するよう炉心周辺に配置することから、ループ型に比べて原子炉容器径が相対的に大きくなる。また、実用炉への展開の観点からは、大出力化がターゲットとなり、原子炉容器径は更に大きくなり、ナトリウム冷却材インベントリの増加により更に重量化する。本紙では、大型化の観点から原子炉容器の直径をパラメータとして、座屈を防止するための耐震設計と耐熱設計の見通しについて述べる。加えて、大型容器の座屈損傷に対する余裕を確保するため、対策として有効な免震装置について提案する。

論文

高速炉に適用する厚肉積層ゴムの研究開発; 準実大厚肉積層ゴムを用いた経年特性試験

渡壁 智祥; 山本 智彦; 深沢 剛司*; 岡村 茂樹*; 杣木 孝裕*; 諸菱 亮太*; 櫻井 祐*; 加藤 亨二*

日本機械学会論文集(インターネット), 83(850), p.16-00444_1 - 16-00444_14, 2017/06

厚肉積層ゴムとオイルダンパーから構成される免震装置の高速炉への適用が計画されているが、積層ゴムを実機に適用する場合、供用期間中の経年変化を考慮して建屋支持機能や復元機能の構造健全性を評価することが重要となる。そこで、本報告では、加熱促進劣化により経年を模擬した準実大の試験体を用いて静的加力試験を行い、経年が剛性や線形限界ひずみ等の力学特性に及ぼす影響について検討した。

論文

Development of seismic isolation systems for sodium-cooled fast reactors in Japan

川崎 信史; 渡壁 智祥; 若井 隆純; 山本 智彦; 深沢 剛司*; 岡村 茂樹*

Proceedings of 2016 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2016) (Internet), 8 Pages, 2016/07

日本は地震国であり、また、ナトリウム冷却型高速炉では、軽水炉と比較し薄肉化した構造として、機器が設計されている。それゆえに機器にかかる地震力を低減させるために、免震装置が採用されてきた。炉心耐震性及び原子炉容器の座屈健全性の観点から、高速炉用免震装置には、上下8Hz以下の固有周波数が必要となる。このような周波数条件を満足する3種類の免震概念を紹介する。上下8Hzの固有周波数は、厚肉積層ゴムにより達成される。この厚肉積層ゴムと皿バネを組み合わせることにより、上下固有周波数は、3$$sim$$5Hzとなる。また、積層ゴムと空気バネを組み合わせ、ロッキング防止装置を組み込むことで、1Hz以下の上下固有周波数が達成できる。上下8Hz免震概念は、厚肉積層ゴムとオイルダンパーで構成されており、本概念が日本のリファレンス高速炉用免震概念である。本概念が選定された理由は、システム構成の簡素さと開発課題の少なさである。上下5Hz免震概念を用いた場合の上下方向の加速度応答は、上下8Hz免震概念と比較し、50%のレベルまで低減することが、解析検討によりわかっている。また、皿バネの静的試験等から、皿バネの設計式は既に検討されている。これらの知見を活用し、厚肉積層ゴムと皿バネを組み合わせることにより、上下5Hz免震装置を設計することが可能である。上下1Hz免震概念を用いた場合の上下方向の加速度応答は、上下8Hz免震概念と比較し、10%のレベルまで低減することが、わかっている。上下固有振動数が1Hzといった領域まで低減するとロッキング防止装置が必要となり、これまで複数のオイルダンパーをオイルラインで結合するタイプのロッキング防止装置等が、検討されてきた。このようにロッキング防止装置がシステムを複雑化しているため、システム構成を今後簡素化していくことが、本概念にとって大きな課題となっている。これら3種類の免震概念が高速炉に適用可能な免震装置であり、これらの免震装置を開発していくことは、サイト毎に、機器仕様の統一化を図ったうえで、適切な耐震余裕を確保していくうえで、重要となるため、今後、地震動条件などの関連動向の変化を踏まえ、開発を継続していく。

論文

Development on rubber bearings for sodium-cooled fast reactor, 4; Aging properties of a half scale thick rubber bearings based on breaking test

渡壁 智祥; 山本 智彦; 深沢 剛司*; 岡村 茂樹*; 杣木 孝裕*; 諸菱 亮太*; 櫻井 祐*; 加藤 亨二*

Proceedings of 2016 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2016) (Internet), 8 Pages, 2016/07

積層ゴムとオイルダンパーから構成される免震装置の高速炉への適用が計画されている。本装置の特徴の一つは、やや厚肉積層ゴムを採用していることである。地震条件の増大に対応するため、上下固有振動数を通常よりも低下させ、内部機器の応答低減を狙いとしている。本報告では、やや厚肉積層ゴムの経年変化特性について検討した。積層ゴムは成熟した技術となっているが、経年変化に関する試験実施が少ない。また、やや厚肉積層ゴムについては、経年変化後の線形限界や破断特性等の力学特性が把握されていない。経年30年及び60年を模擬した1/2縮尺系積層ゴム(直径800mm)及び1/8縮尺系積層ゴム(直径200mm)を用いて水平及び上下方向の静的加力試験を実施し、終局挙動近傍の復元力特性データを取得して経年が力学特性に及ぼす影響を把握する。また、経年を模擬した2種類の縮尺比の終局挙動を比較評価することで、経年状況下におけるスケール効果の有無を明らかにした。

論文

Development on rubber bearings for sodium-cooled fast reactor, 3; Ultimate properties of a half scale thick rubber bearings based on breaking test

深沢 剛司*; 岡村 茂樹*; 山本 智彦; 川崎 信史; 廣谷 勉*; 森泉 瑛里子*; 櫻井 祐*; 正木 信男*

Proceedings of 2016 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2016) (Internet), 10 Pages, 2016/07

ナトリウム冷却型高速炉で用いられる免震用厚肉積層ゴムの終局特性を1/2スケールモデルを用い取得した。厚肉積層ゴムの基礎復元特性は、既に取得されており、本検討では、ばらつき分布を含む復元特性及び終局特性に着目した試験を実施した。その結果、剛性と減衰率及び破断ひずみに関するデータが取得できた。

論文

Parametric design study about seismic isolation system for fast reactor JSFR

川崎 信史; 山本 智彦; 深沢 剛司*; 岡村 茂樹*

Proceedings of 2015 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2015) (Internet), 9 Pages, 2015/07

国内の地震条件は、年々増加する傾向にあり、また、機器の大型化に伴い機器の固有振動数も低下する傾向にある。その背景を踏まえ、容器の肉厚と径に着目した機器の応答加速度と座屈裕度の検討を行い、免震装置への要求仕様を再評価した。まず、最新の国内の地震条件及び原子炉構造の仕様等に基づき、従来の免震仕様を前提に、原子炉容器が据え付けられている床の応答を評価した。計算した床応答に基づき、容器の肉厚と径の条件に対する、固有振動数、発生応力、座屈裕度の関係を求めた。また、免震特性の拡張性を評価するために、免震周期を変えた応答評価も実施した。免震周期を変更した場合の床応答は、従来の免震仕様である上下8Hzの免震仕様における床応答に対する比率で整理した。これらの評価の結果、国内の地震条件は増加の傾向にあり、機器固有振動数も低下の傾向にあるが、上下8Hzの免震仕様で、座屈裕度を確保可能であると判断した。また、8Hzの免震仕様がもつ拡張性を他の免震周期と比較、考慮し、将来的な裕度拡大の方策がまだ残されていることも踏まえ、JSFRの免震仕様は、上下8Hzとした。

論文

Development on rubber bearings for sodium-cooled fast reactor, 1; Examination plan

山本 智彦; 川崎 信史; 深沢 剛司*; 岡村 茂樹*; 杣木 孝裕*; 鮫島 祐介*; 正木 信男*

Proceedings of 2015 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2015) (Internet), 7 Pages, 2015/07

Na冷却高速炉は薄肉構造であり地震力を低減するために、免震システムを採用している。SFRに適用する免震装置は、ゴム層を厚くした積層ゴムが用いられている。過去、1/8縮尺モデルで基本的な特性試験を実施しており、今回はハーフスケールの装置を用いた力学特性試験と熱劣化特性試験の計画について報告する。

論文

Development on rubber bearings for sodium-cooled fast reactor, 2; Fundamental characteristics of half-scale rubber bearings based on static test

深沢 剛司*; 岡村 茂樹*; 山本 智彦; 川崎 信史; 杣木 孝裕*; 櫻井 祐*; 正木 信男*

Proceedings of 2015 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2015) (Internet), 10 Pages, 2015/07

Na冷却高速炉は薄肉構造であり地震力を低減するために、免震システムを採用している。SFRに適用する免震装置は、ゴム層を厚くした積層ゴムが用いられている。この積層ゴムの水平及び上下方向の剛性及び減衰定数を把握するために、直径800mmのハーフスケールの積層ゴムを用いて、水平方向の線形限界や上下方向の降伏応力を上回る範囲で試験を実施することとし、その結果と考察を報告する。

口頭

ナトリウム冷却炉の地震津波評価,1; 主要機器の耐震性評価

深沢 剛司*; 下地 邦幸*; 河村 雅也*; 岡村 茂樹*; 木曽原 直之; 江沼 康弘

no journal, , 

近年に生じた地震と同規模の地震動がナトリウム冷却炉(JSFR)に作用した場合を想定し、主要機器を対象に耐震性を評価した。本報ではその結果について述べる。

口頭

FBR実証施設免震装置の検討,1; 免震概念の検討

阪本 善彦; 深沢 剛司*; 川崎 信史; 岡村 茂樹*

no journal, , 

FBR実証施設として設計検討が進められているナトリウム冷却型高速炉(JSFR)では、主要機器への地震力低減の観点から、高速炉の特徴を考慮した免震システムを採用している。東北地方太平洋沖地震以降、設計地震動の見直しを行い、これまで以上に厳しい地震条件において耐震性を確保するだけでなく、安全設計ガイドラインの構築及び安全性向上の目的で、津波等の様々な外的事象に関する対応策を検討している。本報告では、設計地震動並びにその他の外的事象に対応する免震概念及び免震概念実現に向けた課題等を紹介する。

口頭

JSFR建屋における上下地震応答低減検討

山本 智彦; 川崎 信史; 石川 信行; 近澤 佳隆; 深沢 剛司*; 岡村 茂樹*

no journal, , 

JSFRの設計検討用地震動レベルの増大により、機器の耐震検討用の地震条件がこれまでよりも厳しくなっている。本報告では、耐震成立性上クリティカルとなっている主要機器の上下応答低減策に着目し、3次元FEM解析を通じて上下地震応答低減策の効果を確認する。また、従来から設計検討に用いている質点系モデルに上下応答低減策を反映したモデルを構築し、このモデルとFEMモデルの上下地震応答の整合性についても検討する。

口頭

高速炉用免震システムの研究開発,15; 試験結果のまとめ

山本 智彦; 渡壁 智祥; 岡村 茂樹*; 深沢 剛司*

no journal, , 

各種実施してきた厚肉積層ゴムの試験結果をまとめ、厚肉積層ゴムが高速炉免震に有用であることを示す。

口頭

タンク型SFRの大型原子炉容器に関する適用性の予備的検討,1; 耐震評価

内田 昌人*; 堂崎 浩二*; 鈴野 哲司*; 深沢 剛司*; 早船 浩樹; 加藤 篤志

no journal, , 

タンク型のナトリウム冷却高速炉(SFR)の原子炉容器について、国内軽水炉サイト相当の地震条件を用いて耐震性の検討を行い、大型化に伴う原子炉容器の座屈に対する必要肉厚と水平免震装置から3次元免震装置に変更した場合の耐震性向上の程度を明らかにした。

口頭

3次元免震装置の研究開発,10; 試験および解析に関する検討のまとめ

山本 智彦; 渡壁 智祥; 宮川 高行*; 岡村 茂樹*; 深沢 剛司*; 藤田 聡*

no journal, , 

Na冷却高速炉で採用を検討している「3次元免震装置」の概念・仕様を提示するとともに、各種実施してきた試験・解析についてまとめ、3次元免震装置の設計成立性の見通しと実用上十分な地震応答低減効果が確保できることを示す。

口頭

3次元免震装置の研究開発,19; 要素試験および解析に関する検討のまとめ

山本 智彦; 渡壁 智祥; 宮川 高行*; 深沢 剛司*; 岡村 茂樹*; 藤田 聡*

no journal, , 

Na冷却高速炉で採用を検討している「3次元免震装置」の概念・仕様を提示するとともに、各種実施してきた試験・解析についてまとめ、3次元免震装置の設計成立性の見通しと実用上十分な地震応答低減効果が確保できることを示す。

口頭

3次元免震装置の研究開発,21; 水平オイルダンパ試験計画

山本 智彦; 深沢 剛司*; 杣木 孝裕*; 廣川 敦史*; 宮川 高行*; 岡村 茂樹*

no journal, , 

高速炉用に開発している3次元免震装置に対して、水平方向の減衰力を与える高速型オイルダンパの開発を実施している。本報告では、オイルダンパの特性を把握するための試験計画について述べる。

口頭

免震を採用した高速炉プラントの地震応答解析手法に関する研究; 免震システムの解析モデルと原子炉容器の座屈評価への影響

岡村 茂樹*; 木下 貴博*; 西野 裕之; 山野 秀将; 栗坂 健一; 二神 敏; 深沢 剛司*

no journal, , 

ナトリウム高速炉(SFR)は、軽水炉よりも昇温による熱応力が大きいこと、そして低圧運転であることから、SFRは軽水炉と比較して薄肉構造になっている。この薄肉構造は厳しい地震に大きく影響されることから、SFRではこの地震動を減衰するために免震装置の設置を検討している。SFRでは、積層ゴム(厚肉積層ゴム)を採用している。この厚肉積層ゴムの特徴については1/2スケールのモデルでの静的加力試験によってその力学的特性が明らかになり、その解析モデルとして非線形の特徴を有するモデルが提案されている。一方、地震PRAではSFRの免震プラントの中での使用になることから、本研究では改良した解析モデルを使った地震応答解析を実施し、床応答スペクトルの加速度応答を把握した。免震ゴムの非線形性の特徴を考慮して原子炉容器の破損確率を改良した。

口頭

過大な地震時における3次元免震システムを採用した高速炉プラントの上下方向の応答特性に関する解析的研究

岡村 茂樹*; 藤田 聡*; 内田 昌人*; 深沢 剛司*; 山本 智彦

no journal, , 

高速炉等の新型炉では、地震に対する機器の設計裕度を確保するため、水平方向のみならず、上下方向の地震荷重の低減を目指して、3次元免震装置の研究開発がなされている。3次元免震システムの採用に際して、設計検討に用いる地震動に対する成立性はもちろんのこと、残余のリスクの把握のため、想定を超える地震に対する検討が必要となる。本検討では、現在、開発が進んでいる皿ばねを用いた3次元免震システムを想定した応答解析モデルを作成し、想定を超える地震における上下方向の応答特性を解析的に検討する。

口頭

3次元免震装置の研究開発,27; オイルダンパの許容速度の増大及び地震応答解析による免震性能の検証計画

岡村 茂樹*; 宮川 高行*; 山本 智彦; 深沢 剛司*; 藤田 聡*

no journal, , 

本報では、本3次元免震装置の構成概要及びオイルダンパの開発概要について報告する。また、原子炉建屋の地震応答を評価するために開発した水平・上下同時入力の地震応答解析モデルの報告概要について述べる。

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