Identification of the reactor building damage mode for seismic fragility assessment using a three-dimensional finite element model

崔 炳賢; 西田 明美; 塩見 忠彦; 川田 学; Li, Y.

Transactions of 26th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-26) (Internet), 10 Pages, 2022/07

地震を起因とした確率論的リスク評価(地震PRA)手法の高度化を図るために、耐震安全上重要な建屋や機器等を対象に、現実的応答、現実的耐力及びフラジリティ評価等に関する手法整備に取り組んでいる。本研究では、入力地震動レベルに対する建屋の損傷状態の推移を把握するため、3次元詳細解析モデルを用いた複数コードによる建屋の荷重漸増解析を実施し、フラジリティ評価に資する局所損傷モードの同定に必要なデータを取得した。本論文では、荷重漸増解析を通して得られた建屋の詳細な損傷状態及び建屋終局耐力の検討結果について地震応答解析結果と比較して報告する。

原子炉建屋の3次元有限要素モデルを用いた地震応答解析手法に関わる標準的解析要領(受託研究)

崔 炳賢; 西田 明美; 川田 学; 塩見 忠彦; Li, Y.

JAEA-Research 2021-017, 174 Pages, 2022/03

JAEA-Research-2021-017.pdf:9.33MB

原子力発電施設における建物・構築物の地震応答解析においては、我が国では、従来より質点系モデルが用いられてきたが、近年の解析技術の発展により、立体的な建物を3次元的にモデル化し、建物の3次元挙動、建物材料の非線形性、建物及び地盤間の非線形性等を考慮した有限要素法による地震応答解析が実施されるようになってきた。3次元モデルによる有限要素解析(3次元FEM解析)は、複雑で高度な技術が用いられる一方、汎用性があるために広く利用され、原子力分野以外では構造物のモデル化、材料物性の非線形特性の信頼性を確保するためのガイドラインの策定や技術認定などがなされるようになってきた。原子力分野においては、IAEAにより平成19年(2007年)新潟県中越沖地震における質点系モデル、3次元FEMモデルによる観測記録の再現解析がKARISMAベンチマークプロジェクトとして実施され、複数の解析者の解析結果が報告された。その報告によると、解析者により解析結果にばらつきが大きいということが判明し、解析手法の標準化による解析結果の信頼性の確保が急務となっている。また、原子力発電施設の強非線形領域の現実的な挙動の評価が必要となる建物・構築物・機器のフラジリティ評価においても詳細な3次元挙動把握の必要性が指摘されている。こうした背景を踏まえ、原子炉建屋を対象とした地震応答解析に用いられる3次元FEMモデルの作成及び解析にあたって必要となる一般的・基本的な手法や考え方を取りまとめて標準的解析要領を整備した。これにより原子炉建屋の3次元FEMモデルによる地震応答解析手法の信頼性向上につながることが期待される。本標準的解析要領は、本文、解説、及び解析事例で構成されており、原子炉建屋の3次元FEMモデルを用いた地震応答解析の実施手順、推奨事項、留意事項、技術的根拠等が含まれている。また、本標準的解析要領は、最新知見を反映し、適宜改訂する。

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

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

Proceedings of 28th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 28) (Internet), 6 Pages, 2021/08

https://doi.org/10.1115/ICONE28-64337

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。

地震観測記録による原子力施設の振動特性の推定,1; 分析方法

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

no journal, , 

本研究は、原子力施設の耐震評価モデルのさらなる精度向上に資するため、原子炉建家(以下、建家)で観測された地震観測記録をもとに建家の3次元挙動を把握し、建家の3次元有限要素モデルの構築及び妥当性確認を行うことを目的とする。本発表では、建家の地震時挙動を把握するための基礎データを取得することを目標とし、HTTR建家の既存地震観測記録を用いて、モデル作成に係わる建家の応答特性を分析することで得られた知見を述べる。(その1)では、HTTR建家の卓越振動数及び対応する振動モードを推定するための具体的な分析手順、方法を示す。

外部事象を考慮した原子力施設の健全性評価手法の高度化

奥田 幸彦; 西田 明美; 崔 炳賢; Kang, Z.; 川田 学; Li, Y.

no journal, , 

令和2年度安全研究センター報告会において、構造健全性評価研究グループで実施している外部事象を考慮した原子力施設の健全性評価手法の高度化に関してポスター発表を行う。

3次元FE解析による低接地率基礎浮上り挙動の検討,1; 検討概要と基礎浮上り解析の機能検証

崔 炳賢; 西田 明美; 川田 学; 塩見 忠彦; 太田 成*; 園部 秀明*; 猪野 晋*

no journal, , 

本研究では、建物の基礎浮上りに係る既往実験又は解析を対象として、3次元詳細解析モデルを用いた再現解析を行い、低接地率となる場合の基礎浮上りに係る解析手法の妥当性について確認した。特に、試験体底面の付着力の違いによる建物の加速度、速度等の応答への影響、解析手法の精度等について考察した。また、建物の応答に係る解析結果への影響が大きいと判断された解析パラメータについては、感度解析により解析結果への影響を具体的に確認した。さらに、解析コード間の差を確認するため、3つの解析コード(TDAPIII, E-FrontISTR, FINAS/STAR)を用いて同条件で解析を実施した結果、概ね同等な解析結果が得られ、低接地率に至る挙動を再現できることを確認した。本報では、基礎浮上り解析における適切な解析条件等を確認するため、3つの解析コードを用いて、文献に示されている解析について再現解析を実施した。具体的には、地盤インピーダンス解析、静的解析及び正弦波加振による動的解析を実施して、文献に示されている理論解や解析結果と比較した結果について報告する。

原子炉施設の三次元耐震解析手法の高度化に関する研究,3; 人工波による応答に基づく建屋の局所応答の分析

川田 学; 西田 明美; 崔 炳賢; 飯垣 和彦; 山川 光稀*

no journal, , 

われわれは、原子力施設の地震に対する損傷確率(フラジリティ)評価手法の精度向上に資するため、三次元耐震解析手法の高精度化を目的とし、研究開発を進めている。2019年からは、原子力規制庁と原子力機構との共同研究の一環として、原子力機構の施設である高温工学試験研究炉(HTTR)を対象とし、地盤や建屋の床だけでなく壁にも加速度計を設置し、自然地震と人工波による多点同時観測が可能な大規模観測システムを構築し、観測データを活用した原子力施設の三次元耐震解析手法の精度向上及び妥当性確認に取り組んでいる。本報では、大規模観測システムの人工波送信装置による計測記録を用いて、建屋の局所的な応答に対する卓越振動数及び変形モード等を分析し得られた知見を示す。

3次元FE解析による低接地率基礎浮上り挙動の検討,2; 実験の再現解析(1)

太田 成*; 園部 秀明*; 猪野 晋*; 崔 炳賢; 西田 明美; 川田 学; 塩見 忠彦

no journal, , 

本研究では、建物の基礎浮上りに係る既往実験又は解析を対象として、3次元詳細解析モデルを用いた再現解析を行い、低接地率となる場合の基礎浮上りに係る解析手法の妥当性について確認した。特に、試験体底面の付着力の違いによる建物の加速度、速度等の応答への影響、解析手法の精度等について考察した。また、建物の応答に係る解析結果への影響が大きいと判断された解析パラメータについては、感度解析により解析結果への影響を具体的に確認した。さらに、解析コード間の差を確認するため、3つの解析コード(TDAPIII, E-FrontISTR, FINAS/STAR)を用いて同条件で解析を実施した結果、概ね同等な解析結果が得られ、低接地率に至る挙動を再現できることを確認した。本報では、入力加速度20, 50, 100Galで実施された低接地率に至る既往の振動台実験(矢野らの実験)を対象に、解析コードTDAPIIIによる再現解析を実施した。実験と解析を比較した結果、水平方向の加速度応答は実験を精度よく再現できた。また、鉛直方向の加速度応答は解析結果の振幅が実験よりも大きく評価されるものの時刻歴波形の形状については実験の傾向を捉えていること等を確認した。以上より、得られた知見等について報告する。

3次元FE解析による低接地率基礎浮上り挙動の検討,4; 低接地率の誘発上下動

塩見 忠彦; 西田 明美; 川田 学; 崔 炳賢; 太田 成*; 園部 秀明*; 猪野 晋*

no journal, , 

本研究では、建物の基礎浮上りに係る既往実験又は解析を対象として、3次元詳細解析モデルを用いた再現解析を行い、低接地率となる場合の基礎浮上りに係る解析手法の妥当性について確認した。特に、試験体底面の付着力の違いによる建物の加速度、速度等の応答への影響、解析手法の精度等について考察した。また、建物の応答に係る解析結果への影響が大きいと判断された解析パラメータについては、感度解析により解析結果への影響を具体的に確認した。さらに、解析コード間の差を確認するため、3つの解析コード(TDAPIII, E-FrontISTR, FINAS/STAR)を用いて同条件で解析を実施した結果、概ね同等な解析結果が得られ、低接地率に至る挙動を再現できることを確認した。本報では、その1からその3までの再現解析結果について、接地率が65%以下の領域の誘発上下動に注目して分析した。その結果、低接地率に至る地震時の基礎浮上り挙動のメカニズムについて明らかにした。以上より、得られた知見について報告する。