一个独立的手套箱结构的抗震稳定性外文翻译资料

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一个独立的手套箱结构的抗震稳定性

1. Saraswat a,lowast; , G.R. Reddy a ,S. Ghosh b , A.K. Ghosh a , Arun Kumar a

a BhabhaAtomic Research Centre, Mumbai, India

b IndianInstitute of Technology Bombay, Mumbai, India

重点：

bull;手套箱是密封的，用于处理放射性毒性材料安全相关结构。

bull;为了研究一个独立的手套箱的抗震性能，广泛的 振动试验已被测试。

bull;手套箱保持结构完整性和密封性达到设计基准地震荷载。

bull;提出并成功应用的简化计算方法，快速估计滑动位移和确定它的上界。

摘要：

在核燃料循环设施，放射毒性的材料被操控在一个独立的防漏罩手套箱（GBS）。这些手套箱作为毒性材料的一个主要限制。手套箱设计要求按codal I类成分。他们被设计承受地震荷载的极端水平在10000年之内。为了评价手套箱的抗震性能，有需要检查稳定性（滑动和倾覆），结构完整（应力和应变）和在地震荷载作用下的密封性。广泛的振动台实验在一个独立的手套箱上进行。在测试其反应的实验中，实验室实际条件是被模拟的。

经过广泛的振动台试验，采用有限元软件对手套箱结构进行了分析。应用非线性时程方法对手套箱结构的详细三维模型进行了开发和分析。可以利用有限元方法对手套箱结构的动态响应进行准确预测。本文论述了振动实验台测试的细节和结果以及一种用于建模和分析在地震作用下独立手套箱结构的方法。此外，利用能量守恒原理简化的数值程序，被应用估计手套箱的近似滑动位移。

1.介绍：

这结构、体系和核燃料循环成分（后处理和燃料制造）设施的设计基于他们的安全和设计类（国际原子能机构、2001、2003、2008、2010；ASCE，2005a；DOE，1992；美国原子能委员会，1973年，1973b）。在燃料制造设施，三级限制被提供保证放射毒性材料的安全处理。，首要的，二级和三级约束。第三约束由设施的外部结构提供。 第二级约束由内部结构提供，然而首要的限制由手套箱的通风系统提供。手套箱（GB）系统设计为I类构件按照ASME第三指南（ASME，2010）。

手套箱是一个密封的不锈钢结构，具有较高的水平密封（ASTM，ISO，2009；1992，1997）。在通风系统的帮助，它被维持在在minus;250 Pa的负压。它具有手套接口和固定的前/后侧玻璃板上的金属手套。通过玻璃板可以看到箱内进程以及维修操作。对于通过手套箱的材料输入/输出，传输端口是在侧面板铝。手套箱通过螺栓被固定在钢框架（运输）该框架被放置在地板上，不一定固定。如图1所示。由于操作和维护的原因，在某些情况下这些箱子没有被固定 。手套箱被用作一个独立的箱子如图1所示(a)或通过传送通道连接到彼此如图1所示（b）。在发生地震时，独立的手套箱可以自由滑动，摇动或在地板上旋转。因此，在设计地震载荷时有必要检查手套箱的位移不是过度的。它也需要检查结构的密封性。

Fig.1.(a.b) 典型的独立手套箱和手套箱的排列布局

过去为了研究手套箱的资格，全面振动台测试已经进行了。Fujita et al。（1989）和Miura et al。（2003）对固定在地板上的手套箱进行试验，并从试验中得出结论，在遭受设计基础地震加速度时，手套箱保持工作。近年来，在巴巴原子研究中心进行一系列振动台测试实验（BARC）， Mumbai与中央电力研究所合作研究（CPRI），Bangalore研究手套箱的抗震性能（Saraswat et al., 2011; Sah, 2010）。

遭受基础激励的独立的结构的刚体动力学已进行了很好的研究和报道。在该领域的早期论文包括米尔恩（1881），佩里（1881），米尔恩和大森（1893），大森（1900）和科克帕特里克（1927）等人的工作。这个活动似乎来自一个Mallet的建议，地震震级估计时可以以定量的方式而不是通过个人感受来衡量。还有历史观察及那些在大地震中幸存下来的高柱而不是其他倒塌的低柱。只是后来从Housner工作（1963）发现对角线长度（R）被视为在一个块动力学中发挥关键作用，而不单是它的高度（H）和广度（B）。实际的说，日本长期以来利用摇摆块动态来估计地震震级。传统的日式墓碑由单一的雕刻 的矩形石组成，并放在一个石头地基上。当一个地震袭击足够接近墓地时，有些墓碑倒塌而其他不同尺寸的保持站立。 参观震颤后不久的墓地，使用西方的公式可以提供有用的估计对地震的震级。即为块推翻 a gt; gB/H 其中a是由于地震加速的水平分量的振幅，g是地球加速度。 米尔恩和大森实验（1893）提出一个经验修正，通过引入0.935个因子在等式的右边。豪斯纳的（1963）的工作可以提供一个更好的估计，而西方的公式估计一直吸引是因为它简单。

在过去的几十年里，核工业安全监管机构已经要求准确的摇摆块动态信息。这是由于许多部分核设施包括独立的原因（乏燃料贮存桶、燃料棒、手套箱等）。因此，近20年来，在这一领域里看到了一次爆炸性的活动。独立式燃油储存架考虑流体结构相互作用的地震分析以及索勒和辛格采用直接积分法（1984）得到的的地板界面之间的摩擦。 Ishiyama (1982)得到受到地面激励的五个刚性块模的运动方程如休息、滑动、摇摆，摇摆和上下晃动。 同样，psycharis（1990）做了两层结构的解析公式。在保存和重建古代纪念碑的工程师们对此也有兴趣。Hogan（1989）把动态系统的方法应用于这一问题。同样，Shenton (Shenton and Jones,1991a, 1991b; Shenton, 1996)研究了刚体运动和发展为从静止状态运动的任何模式启动标准。Andreaus and Casini （1999）研究了接触冲击问题包括摩擦并进行了数值模拟。Shao and Tung (1998)进一步扩展Shenton,工作并且提出了条件，在该条件下未锚定的对象将回应任何运动的五种模式以及计算倾斜、倾倒在岩石模式概率的最大数量。根据运动的平衡方程，推导了五种反应模式的条件。Taniguchi(2002) 对经受水平和垂直地运动的矩形刚体做了非线性响应分析。 Taniguchi(2007)提供了一个简单的程序近似遭受地震作用独立刚体的滑移位移。Yung-Yen et al. (2009)用有限元软件分析了独立的干式贮存设施的地震反应，该设施计划安装在台湾的核电厂。Dimitrakopoulos and DeJong (2012)再次研究了摇摆块体动力学并提出新的封闭式解决方案，声称使用该方案非线性和非平稳的摇摆对脉冲型地震动的响应可以被直接确定。而需要的强度和频率的激励只需要缩放。

印度燃料制造设施中使用的手套箱结构不固定在地板上。因此，由于地震受到基础运动时它是需要检查稳定性，完整性和密封性的。由于表面发生动力学包括摩擦和冲击结构行为是高度非线性的。因此，为了研究非线性行为和手套箱结构对地震载荷的承受能力，广泛的振动台测试已经进行了。本文介绍了振动台对遭受三向地震荷载作用下的单一独立手套箱结构的测试结果。使用有限元软件进行了详细的非线性时程分析。分析方法和结果已经被测试结果证实。提出了对手套箱结构 用一种利用能量守恒的简化计算方法去估计独立手套箱结构的近似滑动位移，并与试验和分析结果进行了比较。

1. 振动台实验和结果

2.1测试设置和程序

为了确定一个独立的手套箱结构不同构造的抗震稳定性，对全尺寸手套箱结构的各种振动台测试已经被执行，手套箱结构尺寸如表1。这些试验的目的是观察和评价各种有关安全处理手套箱内部放射性性材料的关键操作和功能参数的地震激发效应。关键参数被观察到的泄漏密封性，滑动位移和摇摆（如果有的。从放射防护的角度看密封性是很重要的。从附近的结构碰撞和随后破坏的完整性对滑动位移进行检查以确保安全范围。 从附近的结构碰撞方面，摇摆或旋转也应该被观察到。 但是由于管道和其他机械附件抵消倾覆力矩，它不可能因为摇摆发生倾覆。

为了测试，对实验室的实际条件进行了模拟。如，测试地板在某种程度是准备好的，它代表了手套箱一般使用下的实际的实验室条件。 手套箱受到了印度核电厂设计反应谱产生的一系列综合伪基站加速度时程。峰值基础加速在所有三个方向上的变化从0.1g到0.3g。所施加的垂直加速度为三分之二的水平加速度。根据规范性要求 (AERB)的估计，在印度( DEQ）的一个项目现场对于安全度过地震所需的反应谱是5%阻尼反应谱。测试响应光谱来自兼容的加速度光谱和满足可接受性标准IEEE-344（IEEE，2004）。所需的反应谱和用于测试的测试反应谱图在图2中所示。

手套箱是安装在三轴振动台上 和初歩的动态测试（正弦扫频试验）已经被进行，已确定结构的固有频率。对手套箱施加低幅度的基础激励（0.05克）以模拟固定的基础边界条件。对固定基地评价的基频是7.2赫兹。经过初步试验，对所述的地震反应进行了模拟地震反应，并与提到的的所需的反应谱相一致。结构的加速度、位移和应变响应在各种识别位置被监测。图3显示了十五个加速度传感器（A1–A15）和两个位移传感器（D31–D32）的位置。加速度计（A12）不工作 所以被取走。用带通滤波器的带通滤波器在0.5到50赫兹对振动台的时间历史信号进行滤波。 安装在手套箱上的加速度计采集的信号是没有过滤的。采用力平衡式加速度计（FGP仪表、法国）具有的灵敏度为20 mV /g和0.1–500 Hz频率范围。而数据采集系统采用英国米/秒Servotest，有100000个样本/秒的数据采集速率。

单一国标结构一般采用三种类型的实验室操作条件。在第一种情况下，它被用做一个主要的保管或储物箱用以存放各种工具或过程库存。为了模拟这种情况下的测试，假定大量的工具/过程库存是少于国标结构的量的，因此可以安全地忽略。在二种情况下，国标房屋过程设备的重量相当大。模拟试验在这种情况下，2.5千牛重的实体盒子用螺栓固定在GB基地。在第三种情况下，国标可以有一个辐射铅防护罩固定在一个侧面玻璃板。为了模拟这种情况下，实际的铅屏蔽0.96 kN 用螺栓固定在GB的前面板。对上述三种方法进行了振动台试验，三种方法如下：

方法1：单一手套结构。见 Fig. 4(a)

方法2：受2.5千牛静载荷单一手套箱结构。见Fig. 4(b)

方法3:受0.96千牛偏心负载的单一手套箱结构。见 Fig. 4(c)

对于上述情况的手套箱进行了两个条件下的测试；在条件一。通风管连接在箱体顶部保持行动自由，而在其他条件下通风管固定在一个刚性框架 ，框架固定（固定）在振动台上如图4所示。这两个条件模拟了实际野外条件，一个手套箱是连接着它的长而灵活的通风系统和其他的通风系统是长度是小的而且刚性地连接到一个支持。在测试过程中，检查压力边界的完整性，即通过实际监测箱体内的压力变化在振动台试验中以及实验后。泄漏检测是在每次试验后2 hminus;250 Pa的压力下，然后再2 hminus;750 Pa，按规范指南。(ASTM, 2009; ISO, 1992, 1997)。

2.2测试结果

在振动台测试中，对各种参数进行了观察和记录。比如在测试前后结构在不同位置的位移、加速度、应变和泄漏率。从辐射的安全考虑泄漏率和滑动位移是最为关键的物理参数。在测试过程中观察到，手套箱结构就像一个刚性结构，刚体运动像滑动和低幅度摇摆是主要的。应变计记录的应变是非常低的幅度因此不认为值得报告。加速度计读数以A1（z方向）、A5（x方向）和A9（Y方向（垂直）绘制。测试后最后的结构位移记录也是手动绘制。如图5和6显示加速度计记录的峰值加速度值（A1、A5、A9）对于方案一和方案二，分别手为套箱在自由和固定的条件下的通风管。图7在通风管自由状态下记录的峰值加速度值。同样，图8显示了所有三种情况下的手套箱最后的水平位移（x方向）。加速度时程的快速傅里叶变换（FFT）获得并绘制在图9- 11。仅案例1的FFT绘制简洁。图9(a)–(c)显示振动台随着输入时间的历史记录对于0.1g 峰值基础加速度分别在Z，X和Y方向的快速傅里叶变换FFT。图10（a）–（C）显示加速度响应的FFT ，分别利用加速度计A1（z）、A5（x）和A9（y）记录自由情况下通风管的0.1克峰值基础加速度。 相似的图10（d）-（i）显示加速度响应的FFT通过加速度计A1（z）、A5（x）和A9（Y）记录，分别对应0.2g和0.3g的峰值加速度。 图11（a）–（C）显示加速响应的FFT由加速度计A1，A5和A9获得，分别对应固定条件下0.1g峰值基础加速度的通风管。 峰值加速度为基础进行。同样，图11（d）–（i）显示加速度响应的FFT由加速度计A1（Z）、A5（x）和A9（Y）获得，且固定条件下的通风管为0.2 g和0.3 g峰值加速度。

可以从测试结果中得出以下结论：

Fig. 2. (a–c）输入地震动在z,y和x方向的响应谱

Fig.3仪表在手套箱上的位置

Fig. 4. (a–c) 单独立手套箱、中央质量手套箱、偏心质量手套箱的振动台试验装置

表一

手套箱结构尺寸

Fig. 5. (a and b) 自由固定条件下手套箱的峰值响应加速度

a)这是观察到的所有的三种情况下，峰值加速度达到GB顶端，最终GB位移是峰值加速度的非线性函数。加速度和位移随着峰值基础激励呈非线性

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