NUCLEAR STRUCTURES Korean Atomic Energy Research InsGtute - PowerPoint PPT Presentation

SEISMIC ¡ISOLATION ¡OF ¡ NUCLEAR ¡STRUCTURES ¡ Korean ¡Atomic ¡Energy ¡Research ¡InsGtute ¡ Daejon ¡Korea ¡ April ¡2015 ¡ ¡ Dr. ¡Annie ¡Kammerer, ¡PE ¡ Pacific ¡Earthquake ¡Engineering ¡Research ¡Center, ¡UC ¡Berkeley ¡ Annie ¡Kammerer ¡ConsulGng ¡

Overview ¡ ¨ Seismic ¡isolaGon ¡(SI) ¡basics ¡and ¡terminology ¡ ¨ Use ¡of ¡SI ¡in ¡non-­‑nuclear ¡applicaGons ¡ ¨ Use ¡of ¡SI ¡in ¡nuclear ¡applicaGons ¡ ¨ Design ¡of ¡SI ¡systems ¡in ¡a ¡risk-­‑informed ¡framework ¡ ¨ ConstrucGon ¡and ¡operaGonal ¡requirements ¡and ¡special ¡ consideraGons ¡

Seismic ¡IsolaGon ¡Basics ¡ Seismic ¡IsolaGon ¡is ¡a ¡ method ¡of ¡decoupling ¡a ¡ structure ¡from ¡the ¡ supporGng ¡surface ¡through ¡ the ¡use ¡of ¡specially ¡ designed ¡equipment. ¡ ¡ ¡ Applying ¡the ¡isolaGon ¡layer ¡ below ¡the ¡foundaGon ¡is ¡ called ¡“base ¡isolaGon.” ¡(the ¡ focus ¡of ¡this ¡presentaGon) ¡ ¡ Equipment ¡and ¡floors ¡can ¡ also ¡be ¡isolated. ¡

Seismic ¡IsolaGon ¡Basics ¡ The ¡inerGa ¡of ¡the ¡ structure ¡keeps ¡it ¡in ¡ place ¡as ¡the ¡earth ¡moves ¡ beneath ¡it. ¡The ¡relaGve ¡ displacement ¡between ¡ the ¡structure ¡and ¡ground ¡ is ¡taken ¡up ¡by ¡isolators. ¡ ¡ ¡ An ¡base ¡isolaGon ¡system ¡ is ¡composed ¡of ¡a ¡ “forest” ¡of ¡isolators ¡ siYng ¡on ¡pedestals ¡ (which ¡allow ¡access ¡to ¡ the ¡isolators). ¡

Seismic ¡IsolaGon ¡Basics ¡ Isolators/ ¡ IsolaGon ¡ Interface ¡ FoundaGon ¡ -­‑lower ¡mat ¡ -­‑pedestals ¡ -­‑moat ¡walls ¡

Seismic ¡IsolaGon ¡Terminology ¡ Superstructure ¡ ¡ (enGre ¡structure ¡above ¡the ¡ isolators, ¡acts ¡as ¡a ¡“rigid ¡body”) ¡ Basemat ¡ (highly ¡rigid ¡mat ¡ above ¡the ¡isolators) ¡ ¡

Seismic ¡IsolaGon ¡Terminology ¡ Clearance ¡to ¡Hard ¡Stop ¡ ¡ (Distance ¡large ¡enough ¡to ¡limit ¡ pounding. ¡Sets ¡some ¡isolator ¡ properGes) ¡ Moat ¡wall ¡ ¡ (could ¡be ¡used ¡as ¡hard ¡Stop) ¡ Moat ¡ ¡ (space ¡to ¡allow ¡for ¡ relaGve ¡movement) ¡

Common ¡Types ¡of ¡Isolator ¡Units ¡ ¨ Low ¡damping ¡rubber ¡bearing ¡ ¨ Lead ¡(core) ¡rubber ¡bearing ¡ ¨ FricGon ¡pendulum ¡

Use ¡of ¡SI ¡in ¡LNG ¡FaciliGes ¡ LNG ¡TANKS, ¡REVITHOUSSA, ¡GREECE ¡ Fric6on ¡Pendulum ¡Bearings ¡ Courtesy ¡of ¡Prof. ¡Andrew ¡Whi^aker ¡

Use ¡of ¡SI ¡in ¡LNG ¡FaciliGes ¡ LNG ¡TANKS, ¡INCHON, ¡SOUTH ¡KOREA ¡ Low ¡Damping ¡Rubber ¡Bearings ¡ Courtesy ¡of ¡Prof. ¡Andrew ¡Whi^aker ¡

Use ¡of ¡SI ¡in ¡Natural ¡Gas ¡Pla_orms ¡ SAKHALIN ¡II ¡PLATFORMS ¡ Fric6on ¡Pendulum ¡Bearings ¡ Courtesy ¡of ¡Prof. ¡Andrew ¡Whi^aker ¡

Use ¡of ¡SI ¡in ¡Other ¡Structures ¡ Golden ¡Gate ¡Bridge ¡ Sensi6ve ¡and ¡important ¡Structures ¡and ¡ infrastructure ¡in ¡the ¡US ¡ (tens ¡of ¡thousands ¡of ¡buildings ¡worldwide-­‑mostly ¡in ¡Japan) ¡ San ¡Francisco ¡City ¡Hall ¡ Hearst ¡Mining ¡Building, ¡UC ¡Berkeley ¡

Base ¡IsolaGon ¡of ¡Nuclear ¡FaciliGes ¡ Koeberg ¡NPP, ¡South ¡Africa ¡ Use ¡of ¡Base ¡isola6on ¡ under ¡Nuclear ¡Power ¡ Reactors ¡ Cruas-­‑Meysse ¡NPP, ¡France ¡

Base ¡IsolaGon ¡of ¡Nuclear ¡FaciliGes ¡ Courtesy ¡of ¡ ¡ Cruas-­‑Meysse ¡NPP ¡ Electricite ¡de ¡France ¡

Base ¡IsolaGon ¡of ¡Nuclear ¡FaciliGes ¡ Cruas-­‑Meysse ¡NPP ¡ Courtesy ¡of ¡Electricite ¡de ¡France ¡

Base ¡IsolaGon ¡in ¡Nuclear ¡FaciliGes ¡ Emergency ¡Response ¡Centers ¡at ¡ Other ¡ ¡ Kashiwazai-­‑Kariwa, ¡Fukushima ¡ nuclear ¡ ¡ Daiichi, ¡and ¡Fukushima ¡Daini ¡ applica6ons ¡ Tokamak ¡Fusion ¡Reactor, ¡France ¡ Jules ¡Horowitz ¡Research ¡ Reactor, ¡France ¡

Experience ¡in ¡the ¡2011 ¡Earthquake ¡ From ¡INPO ¡11-­‑005 ¡Addendum ¡August ¡2012 ¡ ¡ Lessons ¡Learned ¡from ¡the ¡Nuclear ¡Accident ¡at ¡the ¡ Fukushima ¡Daiichi ¡Nuclear ¡Power ¡Sta6on ¡ ¡ ¡ “The ¡seismically ¡isolated ¡emergency ¡response ¡centers ¡ at ¡the ¡Fukushima ¡Daiichi ¡and ¡Daini ¡nuclear ¡power ¡ staGons ¡filled ¡a ¡vital ¡need ¡in ¡protecGng ¡emergency ¡ response ¡personnel ¡and ¡ensuring ¡access ¡to ¡the ¡site ¡ could ¡be ¡maintained ¡during ¡the ¡accident.” ¡

NRC ¡AcGviGes ¡ ¨ In ¡2008 ¡NRC ¡began ¡research ¡in ¡SI ¡ ¨ NRC ¡research ¡addressed ¡key ¡items ¡ ¤ VerGcal ¡and ¡beyond-­‑design-­‑basis ¡loading ¡ ¤ Development ¡of ¡isolator ¡component ¡for ¡NRC’s ¡SSI ¡Modeling ¡ Tool ¡(the ¡ESSI ¡Simulator) ¡ ¤ TesGng ¡of ¡full ¡size ¡isolator ¡systems ¡at ¡large ¡loads ¡on ¡ eDefence ¡to ¡confirm ¡analysis ¡tools ¡and ¡models ¡ ¤ Development ¡of ¡performance-­‑based ¡criteria ¡for ¡regulaGon ¡ of ¡NPPs ¡using ¡seismic ¡isolaGon ¡systems ¡ ¤ Development ¡of ¡determinisGc ¡“rules ¡of ¡thumb” ¡to ¡provide ¡ conservaGve ¡factors ¡for ¡performance ¡criteria ¡ ¨ Development ¡of ¡NUREG ¡& ¡modeling ¡tools ¡to ¡address ¡ NRC ¡staff ¡needs ¡(also ¡feeding ¡into ¡new ¡IAEA ¡guidance) ¡

NRC-­‑sponsored ¡tesGng ¡of ¡SI ¡units ¡

NRC-­‑sponsored ¡tesGng ¡of ¡SI ¡units ¡ DCPP ¡ Time ¡ History ¡ ¡ Lead ¡ Rubber ¡ Bearing ¡ ¡

NRC-­‑sponsored ¡tesGng ¡of ¡SI ¡units ¡ Structure ¡ Fixed ¡ Isolated ¡ Base ¡ with ¡ Structure ¡ FricGon ¡ Pendulum ¡ and ¡ ¡ Lead ¡ Rubber ¡ Bearings ¡

Drag ¡NRC ¡NUREG ¡ ¨ Isolator/IsolaGon ¡system ¡design ¡ (approach ¡and ¡tools) ¡ ¨ Assurance ¡of ¡isolaGon ¡system ¡ performance ¡ ¨ Umbilicals ¡and ¡cross-­‑over ¡structures ¡ ¨ ConstrucGon ¡QA/QC ¡ ¨ OperaGons ¡and ¡Maintenance ¡ Kammerer 1 , ¡Whi^aker 2 , ¡and ¡ ¨ NUREG ¡developed ¡to ¡provide ¡ ConstanGnou 2 ¡ background ¡informaGon ¡and ¡ ¡ 1 US ¡NRC ¡ proposed ¡recommendaGons ¡for ¡RG ¡ 2 University ¡of ¡Buffalo ¡

Drag ¡NRC ¡NUREG ¡ ¨ Guidance ¡focuses ¡on ¡technologies ¡with ¡track ¡record ¡in ¡ US ¡and ¡accepted ¡by ¡US ¡pracGGoners: ¡lead ¡rubber, ¡low-­‑ damping ¡rubber ¡and ¡fricGon ¡pendulum ¡bearings. ¡ ¨ Guidance ¡is ¡provided ¡for ¡horizontal ¡systems; ¡verGcal ¡ isolaGon ¡systems ¡could ¡be ¡allowable. ¡ ¨ Guidance ¡is ¡focused ¡on ¡tradiGonal ¡designs, ¡though ¡it ¡ can ¡also ¡be ¡used ¡for ¡SMRs ¡if ¡any ¡appropriate ¡design-­‑ specific ¡enhancements ¡are ¡included ¡ ¨ IsolaGon ¡of ¡equipment ¡or ¡floor ¡isolaGon ¡is ¡allowable, ¡ but ¡is ¡not ¡addressed ¡in ¡the ¡NUREG. ¡ ¡

Guidance ¡Philosophies ¡ ¨ The ¡isolators ¡cannot ¡be ¡allowed ¡to ¡fail ¡and ¡should ¡be ¡ removed ¡from ¡any ¡realisGc ¡sequence. ¡ ¨ Singletons ¡that ¡are ¡safety ¡related ¡must ¡have ¡more ¡ stringent ¡design ¡criteria ¡than ¡more ¡convenGonal ¡ construcGon. ¡ ¡ ¨ The ¡potenGal ¡for ¡failure ¡and ¡cliff ¡edge ¡effects ¡is ¡ removed ¡through ¡use ¡of ¡a ¡hard ¡stop. ¡ ¡ ¨ The ¡concepts ¡of ¡FOSID ¡and ¡HCLPF ¡should ¡be ¡ incorporated ¡to ¡the ¡extent ¡possible, ¡recognizing ¡that ¡ seismic ¡isolators ¡are ¡inherently ¡non-­‑linear. ¡ ¡ ¨ The ¡extended ¡DBE ¡concept ¡discussed ¡in ¡the ¡Near ¡Term ¡ Task ¡Force ¡Report ¡should ¡be ¡incorporated. ¡ ¡