施設・構造3-4c　京都大学原子炉実験所研究用原子炉（KUR）の耐震安全性評価の妥当性確認に係るクロスチェックについて（報告）

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つねたけみやくぼ
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1 機器配管系の確認検討箇所使用済み燃料貯蔵プール生体遮へい体制御棒駆動装置案内管粗微調整棒取付部分炉心直下 1 次系冷却配管炉心支持構造物検討方法は事業者と同じ 61

2 機器配管への水平入力地震動加速度(cm/sec/sec) 最大値 = 最小値 = 絶対加速度応答スペクトル(cm/sec/sec) 時刻 (sec) 最大値 = h=2% 周期 (s) 1F 応答加速度時刻歴波形 1 階剛床中央部での応答値を示す若干 X 方向の最大値が大きいが全体的な傾向が同じであるため代表として X 方向を示す事業者の最大加速度 (cm/sec 2 ) X 方向 : 983 水平震度 1.0としているクロスチェックの最大加速度 (cm/sec 2 ) X 方向 :1116 水平震度 1.2とする Y 方向 :

3 絶対加速度応答スペクト機器配管への上下入力地震動最大値 = 最小値 = 加50.0 速度 h=2% 1F 応答加速度時刻歴波形時刻最大値 = ル周期 (s) 生体遮蔽体中央部での値を示す事業者の最大加速度 (cm/sec 2 ) 268 鉛直震度 0.4 としているクロスチェックの最大加速度 243 鉛直震度 0.4 とする 63

4 使用済み燃料貯蔵プールプール壁厚 0.5m 床スラブ 0.18m 1.5 床スラブプール側壁水の慣性力 (1 階床最大加速度 1116gal 水平震度 1.2 とする ) による水平荷重を算定し壁面内せん断力がコンクリートの許容応力度に比べ小さいことを確認する ( 事業者より 2 割増しの水平震度を作用させる ) 最大応力度と評価単位幅 1.0 壁脚 1m あたりに生じるせん断応力度 τ = P/( 単位幅壁厚 )= 0.53 N/mm 2 単位幅 1.0 < 許容値 0.9 N/mm 2 Fc18 短期許容せん断応力度原子炉建屋外周壁位置単位幅床重量 ( 幅 1.5m の床重量が壁に地震荷重として作用すると考える ) スラブ 4320 N/m 2 仕上げ 200 N/m 2 積載 2100 N/m 2 計 6620 N/m kN/m 2 1.5m= 9.93kN/m 単位幅側壁重量壁 N/m 2 仕上げ 1000 N/m 2 計 N/m 2 13kN/m m= kn/m 単位幅プール水重量 10kN/m3 5.25m 5.2m/2= kn/m 合計 :W= =214.7kN/m 水平荷重 :P=260kN/m 64

5 生体遮へい体最大応力度と評価断面力最小圧縮力 :N 1 =(1.0-Cv) W = 4,440kN 最大圧縮力 :N 2 =(1.0+Cv) W =10,360kN せん断力 :Q=CH W= 8,880kN 曲げモーメント :M=Q H = 33,076kNm 6.0m D 断面炉体重量 :W=7400kN 断面積 :A=25.0m 2 断面係数 :Z=21.0m 3 重心高さ :H=3.95m 炉体 1 次固有周期は秒であり剛体としてモデル化水平震度 CH=1.2, 鉛直震度 CV=0.4 としてコンクリート断面に生じる応力度を算定する断面 A~D に対して評価を行いここでは最大応力度が生じる断面 D の結果を示す応力度引張応力度 :σt = -N 1 /A + M/Z = 1,325 kn/m N/mm 2 < 許容値 1.4 N/mm 2 圧縮応力度 :σc = N 2 /A + M/Z = 1,989kN/mm N/mm 2 < 許容値 14 N/mm 2 せん断応力度 : τ = 1.74( 形状係数 ) Q/A = 618kN/m N/mm 2 < 許容値 1.05 N/mm 2 65

6 制御棒駆動装置案内管材質 : アルミニウム合金 A5052P-O ヤング率 :E= N/mm 2 断面積 :A=631mm 2 断面 2 次モーメント :I=355,000mm 4 断面係数 :Z=10,140mm 3 21 質点系モデルと分布荷重時刻歴応答解析を実施して応答を求めた水平応答加速度 (2% 減衰 )=3,615gal 水平震度 C H =3.7 鉛直震度 Cv=0.4( 炉体と同値 ) W 2 =110 N W 1 =150 N 最大垂直応力度 : σ max = ( )(W1+W2)/A + M max /Z = 49.0 N/mm 2 < 許容値 65.0 N/mm 2 最大せん断応力度 : τ max = 2Q max /A = 2.0 N/mm 2 < 許容値 37.0 N/mm 2 分布質量系フレームモデルとしてモデルを高度化し応答解析を実施 66

7 粗調整棒取付ボルト固有周期秒剛体モデル水平震度 :CH=1.2 鉛直震度 :Cv=0.4 最大応力度と評価 W=50 N 材質 :M12 ボルトステンレス鋼 SUS304 有効断面積 :A=84mm 2 断面 2 次モーメント :I=562mm 4 断面係数 :Z=109mm 3 (1.0+Cv) W q=c H W /L 最大垂直応力度 : σ max = ( )W/A + M max /Z = 187 N/mm 2 < 許容値 210 N/mm 2 OK 最大せん断応力度 : τ max = 1.34Q max /A = 0.88 N/mm 2 < 許容値 121 N/mm 2 OK 67

8 微調整棒取付金具外径 32mm 内径 22mm 固有周期秒剛体モデル水平震度 :CH=1.2 鉛直震度 :Cv=0.4 最大応力度と評価 W=23 N 材質 : アルミニウム合金 A5052 断面積 :A=424mm 2 断面 2 次モーメント :I=39952mm 4 断面係数 :Z=2497mm 3 q=w/l (1.0+Cv) W 最大垂直応力度 : σ max = ( )W/A + M max /Z = 4.3 N/mm 2 < 許容値 42 N/mm 2 OK 最大せん断応力度 : τ max = 2.0Q max /A = 0.13 N/mm 2 < 許容値 24.5 N/mm 2 OK 68

9 炉心直下 1 次冷却系炉心入口配管外径 350mm 内径 336mm 材質 : アルミニウム合金 A5052 ヤング率 :E= N/mm 2 断面積 :A=7,540mm 2 断面 2 次モーメント :I= mm 4 断面係数 :Z=634,000mm 3 断面極 2 次モーメント :Ip= mm 4 Ip/r( 外半径 )=317mm 3 最大垂直応力度 : 最大応力度と評価 σ max = = 2.70 N/mm2 W 1 =4kN 1 次固有周期 T 1 =0.033 秒応答解析はフレームモデルを 3 方向個別に行い発生最大断面力の合計値から最大応力度を求める W 2 =3kN < 許容値 126 N/mm 2 最大せん断応力度 : τ max = = 0.82 N/mm2 < 許容値 31 N/mm 2 69

10 炉心直下 1 次冷却系炉心出口配管外径 350mm 内径 336mm 材質 : アルミニウム合金 A5052 ヤング率 :E= N/mm 2 断面積 :A=7,540mm 2 断面 2 次モーメント :I= mm 4 断面係数 :Z=634,000mm 3 断面極 2 次モーメント :Ip= mm 4 Ip/r( 外半径 )=317mm 3 最大垂直応力度 : 最大応力度と評価 σ max = = 3.04 N/mm2 1 次固有周期 T 1 =0.018 秒応答解析はフレームモデルを 3 方向個別に行い発生最大断 W 1 =5kN 面力の合計値から最大応力度を求める W 2 =2kN < 許容値 126 N/mm 2 最大せん断応力度 : τ max = = 1.00 N/mm2 < 許容値 31 N/mm 2 70

11 炉心支持構造物プレナム材質 : 耐食アルミニウム合金 A2P1 (A5052P) 引張強さ 182N/mm 2 ( 材料試験より ) 許容圧縮応力 fc: 60.0 N/mm 2 許容せん断応力 ft: 34.6 N/mm 2 総重量 W:7927 N 重心高さ h:1463 mm 断面積 A:58800 mm 2 断面係数 : Zx = Zy = 炉心重量 :2694~5815N プレナム重量 :2112 N 固有周期 : x 軸方向 0.009~0.013s y 軸方向 0.012~0.017s トップシールド圧縮応力 : σx+σy+σz = 2.80 N/mm 2 < 許容値 60.0 N/mm 2 せん断応力 : W Ch/Ae = 1.62 N/mm 2 < 許容値 34.6 N/mm2 水平震度 Ch: 1.2 鉛直震度 Cv: 階床炉心タンク炉心一次冷却水配管プレナム Ae: 地震力の方向と平行な面の断面積 ( mm 2 ) σx:x 軸方向の地震力に対する曲げ応力 (σx= W Ch h/zx) σy :y 軸方向の地震力に対する曲げ応力 (σy= W Ch h/zy) σz: 自重及び鉛直方向地震力に対する圧縮応力 (σz=w (1+Cv)/A) 71

12 事業者クロスチェック区分評価設備機器応力度の種類発生値 (N/mm 2 ) 評価基準値 (N/mm 2 ) 発生値 (N/mm 2 ) 評価基準値 (N/mm 2 ) 閉じ込める *1 生体遮へい体 Fc210 垂直圧縮引張せん断 *2 用粗調整用制御棒 SUS304 垂直せん断止める制御棒制御棒駆動装置 *3 微調整用制御棒 A5052 垂直せん断 *4 制御棒駆動装置 A5052P-O 垂直せん断冷やす一次冷却系配管 ( 炉心直下 ) 入口配管 A5052(A2T1) 出口配管 A5052(A2T1) 垂直せん断垂直せん断炉心支持構造物プレナム A5052P(A2P1) 圧縮せん断 *1 生体遮へい体基部の断面で検討,*2 制御棒取付ボルトで検討, *3 制御棒取付金具で検討, *4 案内管で検討 72

13 機器配管系のまとめ事業者と同じ検討方法を採用 ( 水平震度のもみ地震応答解析結果を反映して 20% 増し ) しチェックを行った結果各部に発生する応力は全て基準値を下回ることが確認できた 73

FC 正面 1. 地震入力 1-1. 設計基準準拠基準は以下による建築設備耐震設計施工指針 (2005 年版 ): 日本建築センター FH = KH M G KH: 設計用水平震度 KH = Z KS W : 機械重量 FV = KV M G = 機械質量 (M) 重力加速度 (G) KV =

FC 正面 1. 地震入力 1-1. 設計基準準拠基準は以下による建築設備耐震設計施工指針 (2005 年版 ): 日本建築センター FH = KH M G KH: 設計用水平震度 KH = Z KS W : 機械重量 FV = KV M G = 機械質量 (M) 重力加速度 (G) KV = FC 正面 1. 地震入力 1-1. 設計基準準拠基準は以下による建築設備耐震設計施工指針 (2005 年版 ): 日本建築センター FH = KH M G KH: 設計用水平震度 KH = Z KS W : 機械重量 FV = KV M G = 機械質量 (M) 重力加速度 (G) KV = (1/2) KH Z : 地域係数 KS: 設計用標準震度 KV: 設計用鉛直震度 1-2. 設計条件耐震クラス

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