Probabilistic seismic safety analysis of multi-component systems

• Probabilistische seismische Sicherheitsanalyse von Multikomponentensystemen

Rajan, Sreelakshmy; Klinkel, Sven Oliver (Thesis advisor); Sassu, Mauro (Thesis advisor); Butenweg, Christoph (Thesis advisor)

Aachen : Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Fakultät für Bauingenieurwesen, Lehrstuhl für Baustatik und Baudynamik (2019)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriftenreihe des Lehrstuhls für Baustatik und Baudynamik der RWTH Aachen University 08 (2019)
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (XVI, 130 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Die Erdbebensicherheit eines Atomkraftwerks (AKW) wird anhand der zuverlässigen Funktionsweise der gesamten Anlage bewertet. Um die Sicherheitsfunktionen zu steuern, wird das AKW in mehrere Systeme, basierend auf den funktionalen und strukturellen Einheiten, eingeteilt. Eine häufig verwendete Methode zur Beurteilung der Erdbebensicherheit des AKWs ist die probabilistische Sicherheitsanalyse (PSA). In der PSA werden Ereignisbäume und Fehlerbäume verwendet, um die Systemanalyse der Anlage oder eine Unfallablaufanalyse durchzuführen. Die strukturellen und funktionellen Kopplungen zwischen den Komponenten eines Systems oder Subsystems werden im Fehlerbaum mit den logischen Operatoren ’UND’ oder ’ODER’ abgebildet. Diese sind jedoch nicht in der Lage die Interaktion zwischen den Komponenten in einem System effektiv darzustellen. Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellte multidimensionale Fragilitätsanalyse ist eine alternative Methode der Systemanalyse, welche die Möglichkeit bietet, Fragilitätskurven, unter Berücksichtigung der Interaktion der einzelnen Komponenten, für Systeme und Subsysteme zu erstellen. Die Methode basiert auf dem Ansatz des mehrdimensionalen Grenzzustands. Im Gegensatz zur Fehlerbaumanalys werden in der multidimensionalen Fragilitätsanalyse die Systemfragilitätskurven durch Kombination der probabilistischen Reaktion der Komponenten und ihrer Grenzzustände erzeugt. Die vorgestellte multidimensionale Fragilitätsmethode verwendet zur Verbesserung der Berechnungseffizienz die Antwortflächenmethode (AFM) zur probabilistischen Analyse anstelle der standardmäßig verwendeten Monte Carlo Simulation (MCS). Die vorgeschlagene Methode wird erweitert, um die Schädigung aufgrund von Alterung zu berücksichtigen. Um die vorgeschlagene Methode anzuwenden und zu validieren, wird in dieser Arbeit ein Beispielsystem vorgestellt. Dazu wird eine Stahlbetonstruktur ausgewählt, die in der internationalen Benchmark-Studie SMART 2013 getestet wurde. Zusätzlich werden nichttragende Komponenten, wie Leitungen und ein Notfallgenerator, die ein Beispielsystem bilden, hinzugefügt. Für die Validierung der multidimensionalen Fragilitätsanalyse werden die erzeugten Systemfragilitätskurven mit denen verglichen, die mit der Fehlerbaumanalyse und dem Logikgatter ’ODER’ erzeugt wurden. Die Ergebnisse des Fehlerbaums entsprechen denen der multidimensionalen Fragilitätsanalyse mit unabhängiger Antwort, das heißt ohne Berücksichtigung der Interaktion der Komponenten. Ein Vergleich der Fragilitätskurven für das gewählte Beispielsystem unter Verwendung verschiedener Interaktionsfaktoren zeigt eine Abnahme der mittleren Kapazität mit einer Abnahme der Interaktionsfaktoren. Daraus folgt, dass die Interaktionsfaktoren einen wesentlichen Einfluss auf die Systemfragilitätskurven haben.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Baustatik und Baudynamik [311810]