EPR三代核电常规岛结构设计难点及解决方案_王真

第8期2010年8月

广东土木与建筑

GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERINGNo．8AUG2010

EPR三代核电常规岛结构设计难点及解决方案

王真

摘

黄丹

广州510663）

（广东省电力设计研究院

要：EPR核电机组在核电设计领域中占据着举足轻重的作用，本文实例为国内首台EPR核电机组，结构复杂且技术难

度大，文中论述了其结构设计难点及其解决方案，随着该核电项目的实施及EPR三代核电在国内推广，此种核电结构设计的经验总结及研究成果将为类似的厂房设计提供有益的参考。

关键词：筏基；挡土墙；屋架；耐久性

HighlightsofStructuralDesignofEPRConventionalIsland

Wangzhen

HuangDan

Guangzhou510663，China）

（GuangdongElectricPowerDesignInstitute

Abstract：ⅢnuclearpowerEPRplaysanincreasinglyimportantroleinthestructuraldesignofnuclearpowerstation.Inthisarticle，somedesignkeypointsofthefirstⅢnuclearpowerEPRstationofourcountryisintroduced.Withmorecomplexandirregularstruc-ture，itslevelofdifficultyintechniquesishigher.Thesummarizationoftheexperienceandresearchareavailableforotherengineeringstructuraldesignasreference.

Keywords：raftfoundation；protectingwall；rooftruss；endurance

代核电技术，是目前世界上第3台，为全球最大单机容量。其HM汽轮机厂房采用筏板基础，HM厂房筏板基础和挡土侧墙采用现浇混凝土结构，挡土侧墙为钢筋混凝土体系，底部和筏板基础整体浇筑连成一体；挡土墙和厂房框架无连接，为一竖直独立悬臂结构。厂房框架采用钢结构，屋盖采用双坡梯形钢屋架。

7020065800

某核电厂工程引进法国AREVA公司EPR第三

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1000

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2290015100

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图1筏板基础外形图

面临着诸多难题，包括以下方面：

⑴抗浮：由于受到地下水的浮力作用，汽机厂

房必须能像一艘巨轮固定“筏而不漂”，最终确定以抗浮设计荷载取值，锚杆设计方案及薄弱位置的锚杆设置。

22.1

设计难点分析

汽机房地下室筏板基础设计———“筏而不漂”根据工艺布置要求，汽机房设有2层地下室，深

⑵防水：采用在回填混凝土与筏板基础之间设

置2层沥青防水卷材的解决方法，防水卷材一直沿挡土墙到室外地坪，将整个地下结构包裹起来。

度达到-20m。在综合考虑工艺布置、受力体系和工程造价等各方因素后，最终确定了以筏板基础和挡土墙相结合的地下室设计全新概念，汽轮发电机基础底板与汽机房筏形基础之间设置有变形缝，二者受力相互独立（如图1）。作为核电安全设计的主要组成部分，筏形基础的安全及重要性不言而喻，但也

⑶作为挡土墙的嵌固端，筏板基础承受着挡土

墙传来的巨大弯矩，同时由上部结构传来的柱脚内力、底板水浮力、地基反力都影响着筏板基础钢筋的配置，设计过程中经过反复调整，力求做到经济合理。

此外，对于筏板基础的超过2万m3的混凝土浇

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4700

1工程概况

4400

35525

2010年8月第8期王真等：EPR三代核电常规岛结构设计难点及解决方案AUG2010No．8

筑，其温度应力和混凝土收缩也是一大难题。传统的后浇带施工预留时间过长，建筑垃圾的清理很难，同时需采取防水措施，增加支模及保护工作量，而且新老混凝土的粘接施工工序及养护繁琐，容易引起漏水隐患。对此，确定了更为合理适用的跳仓施工方案，即将筏板基础“切豆腐”般地分成几大块，然后对每块进行分段分层浇筑，同时提出对接缝位置的施工要求以保证受力连续及防水措施。

框架柱采用刚接形式，从而减小柱截面，优化主厂房设计，以往屋盖结构与框架柱刚接时，屋盖结构多采用实腹式钢梁，美观、简洁、效果好。但采用实腹式钢梁屋盖结构的主厂房跨度不能太大，因此不适用于这种横向跨度太大的屋盖；③由于MSR的吊装要求，需要在屋架上安装1台40t吊车，这对大跨度轻型屋面结构也是一个极大的考验。

结合EPR汽机房屋面结构的特点，设计时做了

2.2挡土墙设计———来自拱坝的启示

挡土墙结构选型的灵感源于水工结构中的拱4个方案，分别为平面桁架、带托架平面桁架、空间

桁架和网架，并进行了比较。经过采用SAP2000和MSTCAD对各方案分别建模计算和反复优化，并综

合考虑设计、施工、工期以及业主需求等多因素条件，最终确定屋架采用平面桁架结构（如图3），结构简洁、传力清晰、受力合理，并与工艺专业配合，将屋顶吊车移至屋架间距最小的区域，以做到最合理的设计，可以工地拼装、整体吊装、施工快捷。

坝，利用弧形墙体自身曲线形成拱作用，充分利用混凝土受压特性，达到尽可能地降低配筋量，控制裂缝，降低造价的目的。挡土墙中的立柱相当于拱坝的拱座，以承受拱作用的支座推力，弧形墙体相当于拱坝的拱圈，承受土水压力。弧形挡墙与立柱相辅相成又类似于工程中常用扶壁式挡土墙结构（如图2），这种兼具拱坝和扶壁式挡土墙受力特点的结构型式能够根据工艺需要而灵活布置，既能满足工艺布置，又能最大限度地以合理的受力来降低造价。这种新型式挡土墙以其布置灵活性适用于工业建筑，是将来地下厂房值得参考的一种结构型式。

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19752000750750

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图3平面桁架屋面结构

R3538

2.4

R2600R3600

混凝土耐久性设计

R2538

R2600

4000

EPR三代核电工程设计使用寿命从二代加核

电技术的40年延长到了60年，相应的厂房结构设计也必须采取必要的技术措施，就混凝土结构的耐久性而言，要使厂区混凝土满足耐久性要求，就必须在设计、施工和维护上采取相应的措施。

混凝土耐久性的问题基本归纳到4个基本点上：①原材料的选用；②结构概念设计与构造措施；

R3600

立柱

弧形挡土墙

图2挡土墙外形图

首先，采用悬臂式挡土墙，巧妙地克服了重力式挡土墙抗滑移和抗倾覆难以满足要求的难题；其次，又将墙板由平板改为弧板，将墙板的受力状况由承受弯矩改善成为承受压力，进一步解决了混凝土和钢筋用量大，裂缝控制困难的问题。同时与国内著名高校展开联合科研工作，进行缩尺模型试验，以期从实证的角度论证挡土墙与土之间的相互作用；通过模型试验和有限元计算分析精确地模拟用于挡土墙设计的荷载分布情况以及挡土墙结构的破坏模式。此研究成果将成为三代核电常规岛设计关键技术的一个重要组成部分。

③施工工艺与养护手段；④使用期间的监测与维护。

它们囊括了混凝土耐久性设计的各个方面，只要有针对性地解决这些问题，混凝土的耐久性是可以得到保障的。在此基础上，我们最终从环境作用的判定、配制混凝土的原材料选择、配合比设计参数、外加剂、附加防腐蚀措施、最低强度等级、钢筋保护层厚度、表面裂缝限值、施工养护措施、使用期维护等方面提出了四大类十几小类的措施，在设计过程中贯彻实施，以期有针对性地解决混凝土耐久性的问题。

2.3大跨度屋盖结构

该工程EPR汽机房屋面结构属大跨度屋面结

2.5常规岛“心脏”基础的“解剖研究”

对于核电站常规岛而言，汽轮发电机的的重要

构，主要有以下几个特点：①横向跨度大；②屋架与性堪比心脏在人体中的地位，（下转第

14页）

2010年8月第8期

试验结果

孙晖等：RC剪力墙的非线性有限元模拟分析

水平荷载（kN）200

ABAQUS模拟结果

15010050

AUG2010No．8

参

考

文

献

［1］季静，李首方，韩小雷等.无边缘约束构件剪力墙的对比

试验研究［J］.建筑科学，2007（11）

［2］曹万林，刘强，张建伟等.再生混凝土低矮剪力墙抗震性

能试验研究［J］.世界地震工程，2009（1）

［3］陶军平，曹万林，张静娜等.内藏钢桁架混凝土组合低剪

力墙抗震性能试验研究［J］.世界地震工程，2006（2）［4］DazioA.，BeyerK.，BachmannH.，etal.Quasi-static

应变（10）

-3

-3-2.5-2-1.5-1-0.50

訴受压钢筋

图5

试件2底部最外层钢筋应变

从而也说明了有限元模型基本上能反映试件的实际受力状态。

cyclictestsandplastichingeanalysisofRCstructural

5结论

综上所述，通过对有限元模型和试验得到的剪

walls［J］.EngineeringStructures，2009（7）

［5］刘翠兰，祁学仁.陶粒混凝土剪力墙的试验研究［J］.建

筑结构学报，1991（6）

［6］沈聚敏，翁义军，冯世平.周期反复荷载下钢筋混凝土压

弯构件的性能［J］.土木工程学报，1982（2）［7］GB50010-2002

混凝土结构设计规范［S］

力墙试件的荷载-位移曲线、破坏形态及钢筋应变值的比较，可知有限元模型基本上能很好地模拟剪力墙试件的受力状态、破坏形态及变形性能，充分验证了有限元模型及其参数设置的合理性和可靠性，该非线性有限元法可应用于实际工程中对RC剪力墙的受力状态及变形性能的分析研究方面。

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（上接第10页）

因此其承重基础也就显得格外重要。本工程汽轮发电机容量大，总重量也大，比CPR1000的汽轮发电机重了50%还多，这就对弹簧隔振技术提出了更高的要求。对汽轮发电机使用弹簧隔振基础的做法源自欧洲，与刚性基础相比，它具有基础截面小，节约混凝土和钢筋用量，能给工艺专业提供更大的设备和管道布置空间的优点。

在EPR三代核电设计过程中，我们全面分析了

与传统核电电厂设计相比，EPR三代核电结构设计过程中面临更大的难度与挑战，从基础到上部结构每一个设计环节中都需要探索与发掘新的方法，推广与应用多项新技术。此工程具有重大的工程典型性，开启了三代核电的诸多设计先例，为将来更多的EPR三代核电站设计做好技术储备，让安全、经济、耐久的核电技术造福万家。

3结语

EPR1750MW和CPR1000MW机组弹簧隔振基础的

差异，总结了EPR弹簧基础的特点；对弹簧基础的新型隔振方式和弹簧基础的传统隔振方式进行了理论研究，纠正了地震耗能分析阻尼参数的传统设置方式，解决了消能隔振部件的阻尼设置问题；针对隔振消能部件对弹簧基础动力性能的影响进行了大量运算分析，全面分析总结了隔振消能部件的选取布置原则；确定了弹簧基础抗震设防水准。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/og01.html