Seismic stability of vibration-insulated turbine foundations depending on the frequency composition of seismic impact

封面

如何引用文章

全文:

详细

The seismic resistance of vibration-insulated turbine foundations is a complex and multifaceted problem that includes many aspects. The turbine foundation is a special building structure that unites parts of the turbine and generator unit into a single machine and it is used for static and dynamic loads accommodation. The number of designed and constructed power plants in high seismic level areas is large and steadily growing. In addition, engineers and designers deal with the issue of the frequency composition of the seismic impact influence on the seismic resistance of vibration-insulated turbine foundations. Dynamic calculations were performed in Nastran software using time history analysis and the finite element method. The main criteria for the seismic resistance of a vibration-insulated turbine foundation are the values of the maximum seismic accelerations in the axial direction at the level of the turbine installation and the values of vibration-insulated foundation maximum seismic displacements (deformations of vibration isolators). The results of the calculation experiments proved a significant effect of seismic action frequency composition on the behavior of the vibration-insulated turbine foundations. Calculations of foundations, taking into account earthquakes of the same intensity, but with different values of the prevailing frequencies of the impact, lead to the differing by several times values of the maximum seismic accelerations at the turbine level and seismic displacements.

作者简介

Aleksandr Babsky

JSC ATOMPROEKT

编辑信件的主要联系方式.
Email: vtarasov1000@yandex.ru

chief specialist (Structural Dynamics) of the Construction Department - Turbine Island

82A Savushkina St, Saint Petersburg, 197183, Russian Federation

Vladimir Lalin

Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University

Email: vtarasov1000@yandex.ru

Professor of the Higher School of Industrial, Civil and Road Construction of the Institute of Civil Engineering, Dr.Sc.

29 Politechnicheskaya St, Saint Petersburg, 195251, Russian Federation

Ilia Oleinikov

JSC ATOMPROEKT

Email: vtarasov1000@yandex.ru

design engineer of the Construction Department - Turbine Island

82A Savushkina St, Saint Petersburg, 197183, Russian Federation

Vladimir Tarasov

JSC ATOMPROEKT; Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University

Email: vtarasov1000@yandex.ru

graduate student of the Higher School of Industrial, Civil and Road Construction of the Institute of Civil Engineering

82A Savushkina St, Saint Petersburg, 197183, Russian Federation; 29 Politechnicheskaya St, Saint Petersburg, 195251, Russian Federation

参考

  1. Birbraer A.N. Raschet konstrukcij na sejsmostojkost' [Seismic analysis of structures]. Saint Petersburg: Nauka Publ.; 1998. (In Russ.)
  2. Smirnov V.I. Seysmoizolyatsiya-innovatsionnaya tekhnologiya zashchity vysotnykh zdaniy ot zemletryaseniy v Rossii i za rubezhom [Seismic isolation - an innovative technology for protecting high-rise buildings from earthquakes in Russia and abroad]. TsNIISK imeni V.A. Kucherenko 80 let [80 years of the Research Institute of Building Constructions (TSNIISK) named after V.A. Koucherenko]. Moscow; 2007. p. 24-32. (In Russ.).
  3. Smirnov V.I. Sovremennaya zashchita ot zemletryaseniy [Modern protection against earthquakes]. High rise buildings. 2008;(4):110-115. (In Russ.).
  4. Ayzenberg Ya.M., Nejman A.I., Abakarov A.D. Adaptivnyye sistemy seysmicheskoy zashchity sooruzheniy [Adaptive seismic protection systems for structures]. Moscow: Nauka Publ.; 1978. (In Russ.).
  5. Rutman Yu.L., Ostrovskaya N.V. Dinamika sooruzhenij: sejsmostokost', sejsmozashchita, vetrovye nagruzki [Dynamics of structures: seismic capacity, seismic protection, wind load]. Saint Petersburg: SPbGASU; 2019. (In Russ.).
  6. Uzdin A.M., Elizarov S.V., Belash T.A. Sejsmostojkie konstrukcii transportnyh zdanij i sooruzhenij [Seismic resistant structures of transport buildings and structures]. Moscow: Educational and Methodological Center for Education in Railway Transport; 2012. (In Russ.).
  7. Tyapin A.G. Raschyot sooruzhenij na sejsmicheskoe vozdejstvie s uchyotom vzaimodejstviya s gruntovym osnovaniem [Calculation of the structure for seismic impact, taking into account the impact with a soil base]. Moscow: ACB Publ.; 2013. (In Russ.).
  8. Hiraki T., Nagata S., Kanazawa K., Imaoka T., Nakayama T., Umeki Y., Jimbo M., Shimizu H. Development of an evaluation method for seismic isolation systems of nuclear power facilities. Part 9. Ultimate properties of full-scale lead rubber bearings based on breaking test. American Society of Mechanical Engineers, Pressure Vessels and Piping Division (Publication) PVP; 2014. https://doi.org/10.1115/PVP2014-29001
  9. Chen J., Zhao C., Xu Q., Yuan C. Seismic analysis and evaluation of the base isolation system in AP1000 NI under SSE loading. Nuclear Engineering and Design. 2014;278:117-133. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2014.07.030
  10. Anand V., Satish Kumar S.R. Seismic soil-structure interaction: a state-of-the-art review. Structures. 2018;16: 317-326. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2018.10.009
  11. Kumar M., Whittaker A.S., Constantinou M.C. An advanced numerical model of elastomeric seismic isolation bearings. Earthquake Engineering and Structural Dynamics. 2014. https://doi.org/10.1002/eqe.2431
  12. Kumar M., Whittaker A.S., Constantinou M.C. Extreme earthquake response of nuclear power plants isolated using sliding bearings. Nuclear Engineering and Design. 2017;316:9-25. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2017.02.030
  13. Kumar M., Whittaker A.S, Constantinou M.C. Response of base-isolated nuclear structures to extreme earthquake shaking. Nuclear Engineering and Design. 2015. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2015.06.005
  14. Medel-Vera C., Ji T. Seismic protection technology for nuclear power plants: a systematic review. Journal of Nuclear Science and Technology. 2015;52(5):607-632. https://doi.org/10.1080/00223131.2014.980347
  15. Politopoulos I., Sergis I., Wang F. Floor response spectra of a partially embedded seismically isolated nuclear plant. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2015;78:213-217. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2015.06.017
  16. Sayed M.A., Go S., Cho S.G., Kim D. Seismic responses of base-isolated nuclear power plant structures conside-ring spatially varying ground motions. Structural Engineering and Mechanics. 2015;54(1):169-188. https://doi.org/10.12989/ sem.2015.54.1.169
  17. Firoozabad E.S., Jeon B.G., Choi H.S., Kim N.S. Seismic fragility analysis of seismically isolated nuclear power plants piping system. Nuclear Engineering and Design. 2015;284:264-279. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2014.12.012
  18. Zhou Z., Wong J., Mahin S. Potentiality of using vertical and three-dimensional isolation systems in nuclear structures. Nuclear Engineering and Technology. 2016;48(5):1237-1251. https://doi.org/10.1016/j.net.2016.03.005
  19. Kostarev V.V., Petrenko A.V., Vasilyev P.S. An advanced seismic analysis of an NPP powerful turbogenerator on an isolation pedestal. Nuclear Engineering and Design. 2007;237(12-13):1315-1324. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2006.10.004
  20. Chasalevris A. Stability and Hopf bifurcations in rotor-bearing-foundation systems of turbines and generators. Tribology International. 2020;145:106154. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.106154
  21. Yang Y., Bashir M., Li C., Wang J. Analysis of seismic behaviour of an offshore wind turbine with a flexible foundation. Ocean Engineering. 2019;178:215-228. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2019.02.077
  22. Wang P., Zhao M., Du X., Liu J., Xu C. Wind, wave and earthquake responses of offshore wind turbine on monopile foundation in clay. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2018;113:47-57. https://doi.org/10.1016/ j.soildyn.2018.04.028
  23. Najafijozani M., Becker T.C., Konstantinidis D. Evaluating adaptive vertical seismic isolation for equipment in nuclear power plants. Nuclear Engineering and Design. 2020;358. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2019.110399
  24. Yu C.C., Bolisetti C., Coleman J.L., Kosbab B., Whittaker A.S. Using seismic isolation to reduce risk and capital cost of safety-related nuclear structures. Nuclear Engineering and Design. 2018;326:268-284. https://doi.org/10.1016/j. nucengdes.2017.11.016
  25. Jeong Y.S., Baek E.R., Jeon B.G., Chang S.J., Park D.U. Seismic performance of emergency diesel generator for high frequency motions. Nuclear Engineering and Technology. 2019;51(5):1470-1476. https://doi.org/10.1016/j.net.2019.03.012
  26. Ismail M. Seismic isolation of structures. Part I. Concept, review and a recent development. Hormigón y Acero. 2018;69(285):147-161. https://doi.org/10.1016/j.hya.2017.10.002
  27. Calvi P.M., Calvi G.M. Historical development of friction-based seismic isolation systems. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2018;106:14-30. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2017.12.003
  28. Muravyeva L., Vatin N. Risk assessment for a main pipeline under severe soil conditions on exposure to seismic forces. Applied Mechanics and Materials. 2014;635-637:468-471. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.635-637.468
  29. Dražić J., Vatin N. The Influence of Configuration on to the Seismic Resistance of a Building. Procedia Engineering. 2016;165:883-890. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.788
  30. Vatin N.I., Ivanov A.Yu., Rutman Y.L., Chernogorskiy S.A., Shvetsov K.V. Earthquake engineering optimization of structures by economic criterion. Magazine of Civil Engineering. 2017;8:67-83. https://doi.org/10.18720/MCE.76.7
  31. Sargsyan A.E. Dinamika i seismostoikost' sooruzhenii atomnykh stantsii [Dynamics and seismic stability of nuclear power plant structures]. Sarov: RFNC-VNIIEF; 2013. (In Russ.).
  32. Cho S.G., Kim D., Chaudhary S. A simplified model for nonlinear seismic response analysis of equipment cabinets in nuclear power plants. Nuclear Engineering and Design. 2011;241(8):2750-2757. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2011.06.026
  33. Salman K., Gook Cho S. Effect of frequency content of earthquake on the seismic response of interconnected electrical equipment. CivilEng. 2020;1(3):198-215. https://doi.org/10.3390/civileng1030012
  34. Zhang Y. Effect of seismic frequency spectra on surrounding rock damage evolution of large underground caverns. Advances in Materials Science and Engineering. 2018;1-13. https://doi.org/10.1155/2018/3265460
  35. Short S., Hardy G., Merz K., Johnson J. Effect of seismic wave incoherence on foundation and building response. Washington, DC: The US Department of Energy; 2005
  36. Bulushev S.V. Comparison of the results of calculating structures for given accelerograms by nonlinear static and nonlinear dynamic methods. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2018;14(5):369-378. https://doi.org/10.22363/ 1815-5235-2018-14-5-369-378
  37. Tarasov V. Ensuring seismic stability of the vibration-insulated foundation of the turbine unit. Natural and Technological Risks. Building Safety. 2020;(1):44-47.
  38. Tarasov V.A. Double seismic insulation system of turbine unit foundation. Construction of Unique Buildings and Structures. 2020;91:9101. https://doi.org/10.18720/CUBS.91.1

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».