打开文本图片集

摘要：能源问题是目前世界上限制人类可持续发展的一个重要方面，就以往情况来说世界能源主要依赖化石能源，比如石油和煤炭，应用方式主要为利用火力发电，而其他清洁能源输出电力的比例不足四分之一。由于人类的不断发展以及生活水平的提高，世界范围内的用电量也在逐年提升。煤炭，石油此类能源属于不可再生资源，在人类不断的消耗下总有一天会消耗殆尽，因此，进一步对清洁能源展开探讨及研究是应对此类问题的一种切实可行的有效手段。由此可见，大力发展清洁能源是目前以至未来世界能源界的必然趋势。清洁能源从大类来看，主要有风能，水能，核能等，其中核能对自然环境的要求相对较低，可在荒地等人迹罕至处设址，利用核裂变反应进行能量释放，不产生二氧化硫、二氧化碳等有害气体，同样的原料消耗可比火力发电产出更多的电能，且占地面积相对风力发电，水力发电及太阳能发电小得多。这些都是核能发电所具备的优势所在。本文将对近海核电站冷却塔倒塌的因素进行探讨。

引言

党的十三五目标中进一步明确了大力发展核电的思路，而十四五目标更显示了未来核电建设前景远阔。目前在建及新批的核电站皆为沿海核电站，但从目前数据观察，沿海核电站距离厂址全部建满的时间并不会太长，因此未来筹建近海核电站是必然的趋势。

1、冷却塔的布置

自第一代核电站问世以来，不断有新的国家加入对核电站研究的行列，并鼓励此类清洁能源的发展。但是由于核原料的特殊性，其具有高污染性，一旦核电站发生破坏，将导致核泄漏，对人民的生命和财产造成难以预估的损失。核岛结构在役期间可能会遭受各种各样的灾害威胁，核反应堆安全壳是核电体系中相当重要的一个部分，承担着核电安全最后一道安全保护屏障的角色，其设计的安全性，合理性，经济性是设计任务的重要关注点。安全壳需要保证在偶然荷载及地震设计状况下的安全运行能力，近海核电站相对于沿海核电站，除去海啸等偶然事故，最易遭受的设计状况即为地震设计状况。

近海核电站处于近海位置，由于场地的限制，整个核电站相比沿海核电站占幅较小，其中的各种设施与核电站的距离都将变小，此类核电站相比沿海核电站水资源匮乏，无法完全借助水源对核反应堆进行了冷却，故需使用冷却塔，而冷却塔在整个核电站布置中占重要位置，他对核电站安全壳的影响尤为明显（见图1）。

2、冷却塔的研究现状

冷却塔是一种空间双曲线形态的薄壁高耸构筑物，在地震或其他偶然事故状态下可能会发生倒塌，倒塌会对其附近的建筑造成影响。

历史上层发生过多次冷却塔倒塌事件，其中较为典型的有：1965年11月11日在英国渡桥电厂发生的冷却塔倒塌事件，其冷却塔在非强风的情况下倒塌，其可能原因是强度的破坏;1978年4月在美国西弗吉尼亚州的冷却塔在建造时的倒塌，当时造成了大量的人员伤亡，其可能原因是筒体混凝土未达到强度就进行了承载;1979年在法国的一座冷却塔在微风情况下倒塌，其可能原因是施工质量问题;此外还有种种，不做赘述。

由此，国内外学者对其开展了各种研究。德国学者Krätzig等人在20世纪90年代初对冷却塔进行了模拟研究，认为冷却塔在受力过程中收到了张拉破坏，使混凝土开裂导致最终破坏;孙细刚等对冷却塔进行了研究，认为冷却塔倒塌大致可以分为三个步骤，筒壁先发生破坏，随即筒壁整体前倾，最后发生整个结构的完全破坏;LI等研究了偶然作用下的冷却塔破坏过程，认为在受到类似汽车撞击等的小规模冲击时，冷却塔发生局部破坏，而受到类似飞机撞击和大规模的爆炸时，会发生整体倒塌。同济大学李毅、余倩倩博士等人对冷却塔进行了精细建模，研究了瞬间失效、强震、强风等3种情况下的冷却塔倒塌模式。同济大学姜文明等人对冷却塔失效模式进行了分析比对，对其不同形式下的破坏进行了逐步分析。

3、结论

通过国内外相关研究，我们可以发现，冷却塔倒塌的主要形式可分为整体下坐和局部解体两种倒塌形式。整体下坐即为冷却塔整体破坏，整个结构在同一个时间段之内发生破坏，整体垮塌。局部解体即为冷却塔由局部的破坏垮塌蔓延至整个冷却塔破坏的形式。一般来说整体形式引起的振动加速度峰值大于局部形式引起的。且发生时间整体形式更短。冷却塔规模及布置距离也对安全壳所受到的振动有所影响，在同一种塔形情况下，塔径塔高越大，其倒塌后对安全壳影响的振动峰值越大;布置距离越小，其影响也越大。土体刚度也是影响振动的一大因素，随着土体剪切波速的提高，即刚度的增大，冷却塔倒塌对安全壳影响的振动峰值也随之增大。综上所述，在近海核电站初期概念设计时，应考虑上述影响，对冷却塔及安全壳布置及分析进行相关考虑。

参考文献：

[1]Lew H S. West Virginia Cooling Tower Collapse Caused by Premature Form Removal [J]. Civil Engineering New York， 1980， 50（2）： 62-67.

[2]W. B ， Krätzig， and， et al. Collapse simulation of reinforced concrete natural draught cooling towers[J]. Engineering Structures， 1992.

[3]孙细刚， 张光雄， 王汉军， 等. 爆破拆除双曲线冷却塔倒塌过程动态仿真[J]. 工程爆破， 2009， 15（1）： 10-12.

[4]Li Y， Lin F， Gu X L， et al. Numerical Research of A Super-Large Cooling Tower Subjected to Accidental Loads[J]. Nuclear Engineering and Design， 2014， 269： 184-192.

[5]李毅. 极端外部作用下核电厂钢筋混凝土超大型冷却塔倒塌反应分析[D]. 上海： 同济大学，2014.

[6]Li Y， Lin F， Gu X L， et al. Numerical research of a super-large cooling tower subjected to accidental loads[J]. Nuclear Engineering and Design， 2014， 269： 184-192.