NUCLEAR STRUCTURES Korean Atomic Energy Research InsGtute - - PowerPoint PPT Presentation

SEISMIC ¡ISOLATION ¡OF ¡ NUCLEAR ¡STRUCTURES ¡

• Dr. ¡Annie ¡Kammerer, ¡PE ¡

Pacific ¡Earthquake ¡Engineering ¡Research ¡Center, ¡UC ¡Berkeley ¡ Annie ¡Kammerer ¡ConsulGng ¡

Korean ¡Atomic ¡Energy ¡Research ¡InsGtute ¡ Daejon ¡Korea ¡ April ¡2015 ¡ ¡

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. ¡

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 ¡Basics ¡

Superstructure ¡ ¡

(enGre ¡structure ¡above ¡the ¡ isolators, ¡acts ¡as ¡a ¡“rigid ¡body”) ¡

Basemat ¡

(highly ¡rigid ¡mat ¡ above ¡the ¡isolators) ¡ ¡

Seismic ¡IsolaGon ¡Terminology ¡

Moat ¡ ¡

(space ¡to ¡allow ¡for ¡ relaGve ¡movement) ¡

Moat ¡wall ¡ ¡

(could ¡be ¡used ¡as ¡hard ¡Stop) ¡

Clearance ¡to ¡Hard ¡Stop ¡ ¡

(Distance ¡large ¡enough ¡to ¡limit ¡

• pounding. ¡Sets ¡some ¡isolator ¡

properGes) ¡

Seismic ¡IsolaGon ¡Terminology ¡

¨ Low ¡damping ¡rubber ¡bearing ¡ ¨ Lead ¡(core) ¡rubber ¡bearing ¡ ¨ FricGon ¡pendulum ¡

Common ¡Types ¡of ¡Isolator ¡Units ¡

LNG ¡TANKS, ¡REVITHOUSSA, ¡GREECE ¡ Fric6on ¡Pendulum ¡Bearings ¡

Use ¡of ¡SI ¡in ¡LNG ¡FaciliGes ¡

Courtesy ¡of ¡Prof. ¡Andrew ¡Whi^aker ¡

LNG ¡TANKS, ¡INCHON, ¡SOUTH ¡KOREA ¡ Low ¡Damping ¡Rubber ¡Bearings ¡

Use ¡of ¡SI ¡in ¡LNG ¡FaciliGes ¡

Courtesy ¡of ¡Prof. ¡Andrew ¡Whi^aker ¡

SAKHALIN ¡II ¡PLATFORMS ¡ Fric6on ¡Pendulum ¡Bearings ¡

Use ¡of ¡SI ¡in ¡Natural ¡Gas ¡Pla_orms ¡

Courtesy ¡of ¡Prof. ¡Andrew ¡Whi^aker ¡

Sensi6ve ¡and ¡important ¡Structures ¡and ¡ infrastructure ¡in ¡the ¡US ¡

(tens ¡of ¡thousands ¡of ¡buildings ¡worldwide-­‑mostly ¡in ¡Japan) ¡

Hearst ¡Mining ¡Building, ¡UC ¡Berkeley ¡ Golden ¡Gate ¡Bridge ¡ San ¡Francisco ¡City ¡Hall ¡

Use ¡of ¡SI ¡in ¡Other ¡Structures ¡

Use ¡of ¡Base ¡isola6on ¡ under ¡Nuclear ¡Power ¡ Reactors ¡

Cruas-­‑Meysse ¡NPP, ¡France ¡ Koeberg ¡NPP, ¡South ¡Africa ¡

Base ¡IsolaGon ¡of ¡Nuclear ¡FaciliGes ¡

Cruas-­‑Meysse ¡NPP ¡

Courtesy ¡of ¡ ¡ Electricite ¡de ¡France ¡

Base ¡IsolaGon ¡of ¡Nuclear ¡FaciliGes ¡

Base ¡IsolaGon ¡of ¡Nuclear ¡FaciliGes ¡

Cruas-­‑Meysse ¡NPP ¡

Courtesy ¡of ¡Electricite ¡de ¡France ¡

Other ¡ ¡ nuclear ¡ ¡ applica6ons ¡

Jules ¡Horowitz ¡Research ¡ Reactor, ¡France ¡ Tokamak ¡Fusion ¡Reactor, ¡France ¡ Emergency ¡Response ¡Centers ¡at ¡ Kashiwazai-­‑Kariwa, ¡Fukushima ¡ Daiichi, ¡and ¡Fukushima ¡Daini ¡

Base ¡IsolaGon ¡in ¡Nuclear ¡FaciliGes ¡

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.” ¡

Experience ¡in ¡the ¡2011 ¡Earthquake ¡

¨ 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 ¡

• f ¡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 ¡AcGviGes ¡

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

DCPP ¡ Time ¡ History ¡ ¡ Lead ¡ Rubber ¡ Bearing ¡ ¡

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

Fixed ¡ Base ¡ Structure ¡ Structure ¡ Isolated ¡ with ¡ FricGon ¡ Pendulum ¡ and ¡ ¡ Lead ¡ Rubber ¡ Bearings ¡

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

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 ¡ ¨ NUREG ¡developed ¡to ¡provide ¡

background ¡informaGon ¡and ¡ proposed ¡recommendaGons ¡for ¡RG ¡

Kammerer1, ¡Whi^aker2, ¡and ¡ ConstanGnou2 ¡

¡ 1US ¡NRC ¡ 2University ¡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. ¡ ¡

Guidance ¡Philosophies ¡

¨ Assurance ¡of ¡performance ¡must ¡incorporate ¡a ¡combinaGon ¡of ¡

prototype ¡and ¡producGon ¡tesGng ¡to ¡physically ¡demonstrate ¡ quanGfiable ¡confidence ¡levels ¡and ¡performance ¡reliability ¡in ¡both ¡ the ¡isolators ¡and ¡the ¡umbilicals. ¡ ¡

¨ Guidance ¡must ¡consider ¡how ¡seismic ¡isolaGon ¡systems ¡could ¡fit ¡

within ¡a ¡cerGfied ¡design ¡framework. ¡ ¡(Design ¡of ¡the ¡Basemat ¡up ¡is ¡ cerGfied ¡and ¡isolators ¡tuned ¡to ¡the ¡site) ¡

¨ Although ¡the ¡guidance ¡focuses ¡on ¡isolated ¡light ¡water ¡reactor ¡

superstructures, ¡the ¡approach ¡should ¡be ¡technology ¡neutral ¡ enough ¡to ¡be ¡extended ¡to ¡other ¡designs, ¡such ¡as ¡for ¡small ¡modular ¡

• reactors. ¡ ¡

¨ RealisGc ¡approaches ¡for ¡achieving ¡clear ¡and ¡technically ¡based ¡

performance ¡targets ¡should ¡be ¡described. ¡

A ¡hard ¡stop ¡assures ¡survivability ¡

Hard ¡Stop ¡Requirement ¡

TesGng ¡Requirements ¡

Isolator ¡behavior, ¡capacity, ¡and ¡reliability ¡can ¡be ¡determined ¡ through ¡a ¡program ¡of ¡prototype ¡tesGng. ¡The ¡isolator ¡unit ¡must ¡have ¡ a ¡high ¡confidence ¡of ¡a ¡low ¡probability ¡of ¡failure ¡(HCLPF) ¡at ¡the ¡ ¡CHS ¡

• deformaGon. ¡ ¡

Capacity ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Seismic ¡MoGon ¡Parameter ¡ CondiGonal ¡Probability ¡of ¡Failure ¡

Example ¡of ¡ prototype ¡ tesGng ¡at ¡UCSD ¡

TesGng ¡Requirements ¡

TesGng ¡Requirements ¡

All ¡isolators ¡ALSO ¡quality ¡tested ¡to ¡their ¡ deformaGon ¡under ¡design ¡basis ¡ground ¡moGon ¡ (this ¡will ¡be ¡less ¡than ¡the ¡CHS) ¡to ¡assure ¡that ¡ the ¡performance ¡is ¡as ¡expected. ¡This ¡gives ¡very ¡ high ¡confidence ¡that ¡the ¡isolaGon ¡system ¡can ¡ survive ¡earthquake ¡loading, ¡even ¡if ¡beyond ¡ design ¡basis. ¡

¡

Maximum ¡deformaGon ¡under ¡design ¡ basis ¡ground ¡moGon ¡

The ¡moat ¡is ¡sized ¡such ¡that ¡there ¡is ¡less ¡than ¡1% ¡likelihood ¡of ¡any ¡ impact ¡of ¡superstructure ¡with ¡the ¡wall ¡under ¡the ¡DBE ¡ground ¡ moGon ¡when ¡modeling ¡is ¡performed ¡to ¡account ¡for ¡difference ¡in ¡ actual ¡earthquake ¡records ¡(Gme ¡histories) ¡and ¡uncertainGes ¡in ¡

• parameters. ¡

¡

Probability ¡from ¡ modeling ¡

<1% ¡likelihood ¡of ¡impact ¡

Design ¡of ¡Moat ¡

Isolators and/or Isolation system Super- structure ¡ Connections/ umbilicals ¡ Moat/Hard Stop ¡ Hazard and Associated Risk Parameter ¡ Isolation unit and system design and performance criteria Approach to demonstrating unit performance Performance expectations ¡

GMRS+2 The envelope of the RG1.208 GMRS and the minimum foundation input motion3 for each spectral frequency No long-term change in mechanical properties. 100% confidence of the isolation system surviving without damage when subjected to the mean displacement of the isolator system under the GMRS+ loading. Production testing must be performed on each isolator for the mean system displacement under the GMRS+ loading level and corresponding axial force. Superstructure design and performance must conform to NUREG-0800 under GMRS+ loading. Umbilical line design and performance must conform to NUREG-0800 under GMRS+ loading. The moat is sized such that there is less than 1% probability of the superstructure contacting the moat or hard stop under GMRS+ loading. EDB4 ¡GMRS ¡ The ¡envelope ¡of ¡ the ¡ground ¡ moGon ¡amplitude ¡ with ¡a ¡mean ¡ annual ¡frequency ¡

• f ¡exceedance ¡of ¡

1x10-­‑5 ¡and ¡167% ¡

• f ¡the ¡GMRS+ ¡

spectral ¡ amplitude ¡ ¡ 90% ¡confidence ¡of ¡each ¡ isolator ¡and ¡the ¡isolaGon ¡ system ¡surviving ¡without ¡ loss ¡of ¡gravity-­‑load ¡capacity ¡ at ¡the ¡mean ¡displacement ¡ under ¡EDB ¡loading. ¡ Prototype ¡tesGng ¡must ¡be ¡ performed ¡on ¡a ¡sufficient ¡ number ¡of ¡isolators ¡at ¡the ¡ CHS5 ¡displacement ¡and ¡the ¡ corresponding ¡axial ¡force ¡ to ¡demonstrate ¡acceptable ¡ performance ¡with ¡90% ¡

• confidence. ¡Limited ¡

isolator ¡unit ¡damage ¡is ¡ acceptable ¡but ¡load-­‑ carrying ¡capacity ¡must ¡be ¡

• maintained. ¡

There should be less than a 10% probability

• f the

superstructure contacting the moat or hard stop under EDB loading. Greater than 90% confidence that each type of safety- related umbilical line, together with its connections, remains functional for the CHS displacement. Performance can be demonstrated by testing, analysis or a combination of both.

6

CHS displacement must be equal to or greater than the 90th percentile isolation system displacement under EDB loading. Moat or hard stop designed to survive impact forces associated with 95th percentile EDB isolation system displacement.7 Limited damage to the moat or hard stop is acceptable but the moat or hard stop must perform its intended function. 1) Analysis ¡and ¡design ¡of ¡safety-­‑related ¡components ¡and ¡systems ¡should ¡conform ¡to ¡NUREG-­‑0800, ¡as ¡in ¡a ¡convenGonal ¡nuclear ¡structure. ¡ 2) 10CFR50 ¡Appendix ¡S ¡requires ¡the ¡use ¡of ¡an ¡appropriate ¡free-­‑field ¡spectrum ¡with ¡a ¡peak ¡ground ¡acceleraGon ¡of ¡no ¡less ¡than ¡0.10g ¡at ¡the ¡foundaGon ¡level. ¡ RG1.60 ¡spectral ¡shape ¡anchored ¡at ¡0.10g ¡is ¡ogen ¡used ¡for ¡this ¡purpose. ¡ 3) The ¡analysis ¡can ¡be ¡performed ¡using ¡a ¡single ¡composite ¡spectrum ¡or ¡separately ¡for ¡the ¡GMRS ¡and ¡the ¡minimum ¡spectrum. ¡ 4) The ¡analysis ¡can ¡be ¡performed ¡using ¡a ¡single ¡composite ¡spectrum ¡or ¡separately ¡for ¡the ¡10-­‑5 ¡MAFE ¡response ¡spectrum ¡and ¡167% ¡GMRS. ¡ 5) CHS=Clearance ¡to ¡the ¡Hard ¡Stop ¡ 6) SC ¡2 ¡SSCs ¡whose ¡failure ¡could ¡impact ¡the ¡funcGonality ¡of ¡umbilical ¡lines ¡should ¡also ¡remain ¡funcGonal ¡for ¡the ¡CHS ¡displacement. ¡ 7) Impact ¡velocity ¡calculated ¡at ¡the ¡displacement ¡equal ¡to ¡the ¡CHS ¡assuming ¡cyclic ¡response ¡of ¡the ¡isolaGon ¡system ¡for ¡moGons ¡associated ¡with ¡the ¡95th ¡ ¡ percenGle ¡(or ¡greater) ¡EDB ¡displacement. ¡

Two ¡Hazard ¡Levels ¡Used ¡for ¡ ¡ Design ¡and ¡Assessment ¡

¡ Ground ¡Mo6on ¡Response ¡Spectrum ¡+ ¡ same ¡as ¡for ¡new ¡non-­‑SI ¡structures ¡ 10-­‑4 ¡ground ¡moGon ¡with ¡minimum ¡FIRS ¡(NRC ¡Regulatory ¡Guide ¡ 1.208) ¡ ¡ ¡ Extended ¡Design ¡Basis ¡GMRS ¡ 10-­‑5 ¡ground ¡moGon ¡or ¡1.67xDBGM ¡ ¡ ¡

Isolators and/or Isolation system Super- structure ¡ Connections/ umbilicals ¡ Moat/Hard Stop ¡ Hazard and Associated Risk Parameter ¡ Isolation unit and system design and performance criteria Approach to demonstrating unit performance Performance expectations ¡

GMRS+2 The envelope of the RG1.208 GMRS and the minimum foundation input motion3 for each spectral frequency No long-term change in mechanical properties. 100% confidence of the isolation system surviving without damage when subjected to the mean displacement of the isolator system under the GMRS+ loading. Production testing must be performed on each isolator for the mean system displacement under the GMRS+ loading level and corresponding axial force. Superstructure design and performance must conform to NUREG-0800 under GMRS+ loading. Umbilical line design and performance must conform to NUREG-0800 under GMRS+ loading. The moat is sized such that there is less than 1% probability of the superstructure contacting the moat or hard stop under GMRS+ loading. EDB4 ¡GMRS ¡ The ¡envelope ¡of ¡ the ¡ground ¡ moGon ¡amplitude ¡ with ¡a ¡mean ¡ annual ¡frequency ¡

• f ¡exceedance ¡of ¡

1x10-­‑5 ¡and ¡167% ¡

• f ¡the ¡GMRS+ ¡

spectral ¡ amplitude ¡ ¡ 90% ¡confidence ¡of ¡each ¡ isolator ¡and ¡the ¡isolaGon ¡ system ¡surviving ¡without ¡ loss ¡of ¡gravity-­‑load ¡capacity ¡ at ¡the ¡mean ¡displacement ¡ under ¡EDB ¡loading. ¡ Prototype ¡tesGng ¡must ¡be ¡ performed ¡on ¡a ¡sufficient ¡ number ¡of ¡isolators ¡at ¡the ¡ CHS5 ¡displacement ¡and ¡the ¡ corresponding ¡axial ¡force ¡ to ¡demonstrate ¡acceptable ¡ performance ¡with ¡90% ¡

• confidence. ¡Limited ¡

isolator ¡unit ¡damage ¡is ¡ acceptable ¡but ¡load-­‑ carrying ¡capacity ¡must ¡be ¡

• maintained. ¡

There should be less than a 10% probability

• f the

superstructure contacting the moat or hard stop under EDB loading. Greater than 90% confidence that each type of safety- related umbilical line, together with its connections, remains functional for the CHS displacement. Performance can be demonstrated by testing, analysis or a combination of both.

6

CHS displacement must be equal to or greater than the 90th percentile isolation system displacement under EDB loading. Moat or hard stop designed to survive impact forces associated with 95th percentile EDB isolation system displacement.7 Limited damage to the moat or hard stop is acceptable but the moat or hard stop must perform its intended function. 1) Analysis ¡and ¡design ¡of ¡safety-­‑related ¡components ¡and ¡systems ¡should ¡conform ¡to ¡NUREG-­‑0800, ¡as ¡in ¡a ¡convenGonal ¡nuclear ¡structure. ¡ 2) 10CFR50 ¡Appendix ¡S ¡requires ¡the ¡use ¡of ¡an ¡appropriate ¡free-­‑field ¡spectrum ¡with ¡a ¡peak ¡ground ¡acceleraGon ¡of ¡no ¡less ¡than ¡0.10g ¡at ¡the ¡foundaGon ¡level. ¡ RG1.60 ¡spectral ¡shape ¡anchored ¡at ¡0.10g ¡is ¡ogen ¡used ¡for ¡this ¡purpose. ¡ 3) The ¡analysis ¡can ¡be ¡performed ¡using ¡a ¡single ¡composite ¡spectrum ¡or ¡separately ¡for ¡the ¡GMRS ¡and ¡the ¡minimum ¡spectrum. ¡ 4) The ¡analysis ¡can ¡be ¡performed ¡using ¡a ¡single ¡composite ¡spectrum ¡or ¡separately ¡for ¡the ¡10-­‑5 ¡MAFE ¡response ¡spectrum ¡and ¡167% ¡GMRS. ¡ 5) CHS=Clearance ¡to ¡the ¡Hard ¡Stop ¡ 6) SC ¡2 ¡SSCs ¡whose ¡failure ¡could ¡impact ¡the ¡funcGonality ¡of ¡umbilical ¡lines ¡should ¡also ¡remain ¡funcGonal ¡for ¡the ¡CHS ¡displacement. ¡ 7) Impact ¡velocity ¡calculated ¡at ¡the ¡displacement ¡equal ¡to ¡the ¡CHS ¡assuming ¡cyclic ¡response ¡of ¡the ¡isolaGon ¡system ¡for ¡moGons ¡associated ¡with ¡the ¡95th ¡ ¡ percenGle ¡(or ¡greater) ¡EDB ¡displacement. ¡

Performance ¡Criteria ¡for ¡the ¡Isolator ¡and ¡ Isola6on ¡System ¡ ¡

• Design ¡and ¡Performance ¡Criteria ¡
• Approach ¡to ¡demonstra6ng ¡Performance ¡

¡

Performance ¡Criteria ¡for ¡the ¡Superstructure, ¡ Connec6ons/umbilicals ¡and ¡Moat/hard ¡stop ¡

¡

Isolators and/or Isolation system Super- structure ¡ Connections/ umbilicals ¡ Moat/Hard Stop ¡

Hazard and Associated Risk Parameter ¡ Isolation unit and system design and performance criteria Approach to demonstrating unit performance Performance expectations ¡

GMRS+2 Envelope

• f the

RG1.208 GMRS and the minimum foundation input motion3 for each spectral frequency No long-term change in mechanical properties. 100% confidence of the isolation system surviving without damage when subjected to the mean displacement

• f the isolator

system under the GMRS+ loading. Production testing must be performed on each isolator for the mean system displacement under the GMRS+ loading level and corresponding axial force. Super- structure design and performance must conform to NUREG-080 0 under GMRS+ loading. Umbilical line design and performance must conform to NUREG-0800 under GMRS + loading. The moat is sized such that there is less than 1% probability of the superstructure contacting the moat or hard stop under GMRS+ loading. 2) ¡10CFR50 ¡Appendix ¡S ¡requires ¡the ¡use ¡of ¡an ¡appropriate ¡free-­‑field ¡spectrum ¡with ¡a ¡peak ¡ground ¡ acceleraGon ¡of ¡no ¡less ¡than ¡0.10g ¡at ¡the ¡foundaGon ¡level. ¡RG1.60 ¡spectral ¡shape ¡anchored ¡at ¡0.10g ¡is ¡

• gen ¡used ¡for ¡this ¡purpose. ¡

3) ¡The ¡analysis ¡can ¡be ¡performed ¡using ¡a ¡single ¡composite ¡spectrum ¡or ¡separately ¡for ¡the ¡GMRS ¡and ¡the ¡ minimum ¡spectrum. ¡

100% ¡confidence ¡in ¡ the ¡isolators ¡achieved ¡ through ¡produc6on ¡ tes6ng ¡of ¡each ¡ isolator ¡

¡

Super ¡structure ¡ and ¡internals ¡ designed ¡to ¡ISRS ¡ from ¡the ¡design ¡ basis ¡ground ¡ mo6on ¡

¡

¡moat ¡ sized ¡for ¡ <1% ¡prob. ¡

• f ¡impact ¡

¡

¡GMRS+ ¡

Isolators and/or Isolation system Super- structure ¡ Connections/ umbilicals ¡ Moat/Hard Stop ¡

Hazard and Associated Risk Parameter ¡ Isolation unit and system design and performance criteria Approach to demonstrating unit performance Performance expectations ¡

EDB4 ¡GMRS ¡ The ¡envelope ¡

• f ¡the ¡ground ¡

moGon ¡ amplitude ¡with ¡ a ¡mean ¡annual ¡ frequency ¡of ¡ exceedance ¡of ¡ 1x10-­‑5 ¡and ¡ 167% ¡of ¡the ¡ GMRS+ ¡spectral ¡ amplitude ¡ ¡ 90% ¡confidence ¡

• f ¡each ¡isolator ¡

and ¡the ¡isolaGon ¡ system ¡surviving ¡ without ¡loss ¡of ¡ gravity-­‑load ¡ capacity ¡at ¡the ¡ mean ¡ displacement ¡ under ¡EDB ¡

• loading. ¡

Prototype ¡tesGng ¡ must ¡be ¡performed ¡

• n ¡a ¡sufficient ¡

number ¡of ¡isolators ¡ at ¡the ¡CHS5 ¡ displacement ¡and ¡ the ¡corresponding ¡ axial ¡force ¡to ¡ demonstrate ¡ acceptable ¡ performance ¡with ¡ 90% ¡confidence. ¡ Limited ¡isolator ¡unit ¡ damage ¡is ¡ acceptable ¡but ¡load-­‑ carrying ¡capacity ¡ must ¡be ¡maintained. ¡ There should be less than a 10% probability

• f the super-

structure contacting the moat or hard stop under EDB loading. Greater than 90% confidence that each type

• f safety-related

umbilical line, together with its connections, remains functional for the CHS displacement. Performance can be demonstrated by testing, analysis or a combination of both.6 CHS displacement must be equal to or greater than the 90th percentile isolation system displacement under EDB loading. Moat or hard stop designed to survive impact forces associated with 95th percentile EDB isolation system displacement.7 Limited damage to the moat or hard stop is acceptable but the moat

• r hard stop must

perform its intended function.

4) ¡ ¡The ¡analysis ¡can ¡be ¡performed ¡using ¡a ¡single ¡composite ¡spectrum ¡or ¡separately ¡for ¡the ¡10-­‑5 ¡MAFE ¡ response ¡spectrum ¡and ¡167% ¡GMRS. ¡ 6) ¡ ¡SC ¡2 ¡SSCs ¡whose ¡failure ¡could ¡impact ¡the ¡funcGonality ¡of ¡umbilical ¡lines ¡should ¡also ¡remain ¡funcGonal ¡for ¡ the ¡CHS ¡displacement. ¡ 7) ¡ ¡Impact ¡velocity ¡calculated ¡at ¡the ¡displacement ¡equal ¡to ¡the ¡CHS ¡assuming ¡cyclic ¡response ¡of ¡the ¡isolaGon ¡ system ¡for ¡moGons ¡associated ¡with ¡the ¡95th ¡ ¡percenGle ¡(or ¡greater) ¡EDB ¡displacement. ¡

90% ¡confidence ¡in ¡ each ¡isolator ¡ achieved ¡through ¡ prototype ¡tes6ng ¡ to ¡the ¡CHS ¡ displacements ¡

¡

>90% ¡ confidence ¡in ¡ umbilical ¡ func6onality ¡ <10% ¡chance ¡

• f ¡structure ¡

impac6ng ¡ moat ¡

¡

¡moat ¡ designed ¡for ¡ EDB ¡impact ¡ loads ¡

¡

¡Extended ¡DB ¡GMRS ¡

Design ¡Requirements ¡

¨ Design ¡must: ¡

¤ incorporate ¡a ¡hard ¡stop ¡ ¤ meet ¡the ¡performance ¡criteria ¡ ¤ allow ¡for ¡isolator ¡inspecGon ¡and ¡

replacement ¡

¤ address ¡isolaGon ¡system ¡and ¡umbilical ¡

requirements ¡

¨ Analyses ¡must ¡account ¡for: ¡

¤ long-­‑term ¡change ¡in ¡properGes ¡ ¤ variability ¡of ¡properGes ¡ ¤ rocking, ¡rotaGon, ¡and ¡other ¡3D ¡responses ¡

Design ¡Requirements ¡

¨ The ¡superstructure ¡basemat ¡must ¡be ¡able ¡to ¡span ¡

a ¡lost ¡isolator ¡unit, ¡even ¡one ¡on ¡the ¡perimeter. ¡

¨ The ¡superstructure ¡basemat ¡and ¡foundaGon ¡rag ¡

must ¡be ¡sufficiently ¡rigid ¡to ¡assure ¡that ¡the ¡verGcal ¡ loads ¡on ¡the ¡isolators ¡are ¡relaGvely ¡uniform. ¡

¨ The ¡potenGal ¡for ¡long-­‑term ¡se^lement ¡must ¡be ¡

accounted ¡for. ¡

AddiGonal ¡Design ¡ConsideraGons ¡

¨ AddiGonal ¡seismic ¡monitoring ¡equipment ¡must ¡be ¡

incorporated ¡along ¡the ¡edge ¡of ¡the ¡basemat. ¡

¨ The ¡SI ¡system ¡must ¡be ¡protected ¡against, ¡or ¡designed ¡

for ¡fire, ¡high ¡winds, ¡flood, ¡etc. ¡

¨ ConsideraGon ¡should ¡be ¡given ¡to ¡extreme ¡loadings ¡

such ¡as ¡aircrag ¡impact ¡and ¡explosions. ¡

¨ Fire ¡protecGon ¡systems ¡for ¡the ¡SI ¡systems ¡are ¡safety ¡

related ¡equipment. ¡

¨ Design ¡should ¡address ¡LOSP ¡and ¡other ¡emergency ¡

• condiGons. ¡Passive ¡systems ¡should ¡be ¡used. ¡

Design ¡Analysis ¡

¨ Three ¡opGons: ¡1) ¡coupled ¡Gme ¡domain, ¡2) ¡coupled ¡frequency ¡

domain, ¡and ¡3) ¡mulG-­‑step ¡

¨ Coupled ¡3D ¡Gme ¡domain ¡modeling ¡and ¡the ¡mulG-­‑step ¡

approach ¡have ¡no ¡usage ¡restricGons ¡

¨ Coupled ¡frequency ¡domain ¡can ¡only ¡be ¡used ¡with ¡low ¡

damping ¡rubber ¡bearings ¡and ¡in ¡certain ¡limited ¡

• circumstances. ¡ ¡

¨ Input ¡moGons ¡must ¡have ¡appropriate ¡long-­‑period ¡content ¡

and ¡duraGon. ¡ ¡

¨ The ¡isolator ¡unit ¡numerical ¡model ¡must ¡be ¡validated ¡against ¡

actual ¡data. ¡

OperaGonal ¡Requirements ¡

¨ An ¡in-­‑unit ¡inspecGon ¡program ¡is ¡required ¡ ¨ InspecGon ¡plan ¡must ¡address ¡aging/degradaGon ¡ ¨ The ¡isolators ¡must ¡recover ¡quickly ¡enough ¡to ¡

withstand ¡large ¡agershocks ¡within ¡tens ¡of ¡

• minutes. ¡

¨ Isolators ¡should ¡have ¡an ¡inherent ¡property ¡that ¡

passively ¡re-­‑centers ¡the ¡system. ¡

¨ The ¡protecGon ¡of ¡the ¡seismic ¡isolaGon ¡system ¡

should ¡be ¡included ¡in ¡emergency ¡and ¡severe ¡ accident ¡miGgaGon ¡planning ¡where ¡appropriate ¡

Design ¡Process ¡Requirements ¡

¨ Professional ¡peer ¡review ¡must ¡be ¡incorporated ¡

into ¡the ¡design ¡and ¡development ¡process. ¡ (detailed ¡list ¡of ¡topics ¡is ¡provided ¡in ¡NUREG) ¡

¨ QA/QC ¡procedures ¡should ¡be ¡developed ¡based ¡

• n ¡ANSI/ASME ¡NQA-­‑1-­‑2008. ¡10 ¡CFR ¡50, ¡Appendix ¡

B ¡requirements ¡are ¡applied ¡to ¡the ¡isolator ¡units. ¡

¨ QA/QC ¡approach ¡for ¡tesGng ¡in ¡ASCE ¡7-­‑10 ¡can ¡be ¡

used ¡as ¡a ¡base, ¡but ¡be ¡enhanced ¡to ¡meet ¡the ¡ criteria ¡in ¡the ¡NUREG. ¡

THANK ¡YOU ¡FOR ¡YOUR ¡ KIND ¡ATTENTION ¡

QuesGons? ¡