核电具有经济、环保、可持续和发电稳定等特点,是解决化石能源短缺和地球环境恶化的有效途径。国内外核电厂的冷却水输送管道往往采用碳钢、铸铁、混凝土等传统材料,由于电化学腐蚀、微生物诱发腐蚀等原因,发生了不同程度的腐蚀、结垢等现象,并且定期检测和维护费用极高。高密度聚乙烯（High density polyethylene,HDPE）管道具有耐腐蚀、寿命长、韧性好等特点,过去的十几年中,已经应用于核电厂非核安全级冷却水系统。为了保证核电厂的安全运行,核安全级HDPE管道设计之初需要考虑到各种可能发生的事故,特别是确保安全停堆地震（SSE）后HDPE管道的功能完整性。HDPE管材力学行为有显著的时间相关性,在地震动态载荷作用下的响应与金属管道不同,无法直接采用金属管道的抗震分析方法。国内外尚缺乏架空HDPE管道的抗震力学性能的分析方法和试验数据,制约了HDPE管道在核安全级系统中的应用。针对福清核电华龙一号机组核安全级HDPE管道改造需求,本文在“核电站海水冷却系统用HDPE管道研究”和“核电站冷却水HDPE管道抗震试验”等项目的支持下,对架空HDPE管道的抗震性能进行研究。主要完成的工作有:（1）根据核电厂设计文件建立了核电厂重要厂用水系统（Essential service water system,ESWS或SEC）HDPE管道整体模型,计算重力、热膨胀/收缩、锚固点位移和地震等不同载荷作用下的应力状态。通过计算HDPE管道系统固有模态和地震应力选择支吊架固定位置和约束形式,对支吊架布置位置进行优化。计算修改支吊架布置方式前后,各类载荷作用下的截面力、弯矩、整体应力分布情况并对应力进行校核。采用反应谱法对地震载荷进行分析,确定了HDPE管道系统最危险的三处关键段。（2）对危险的关键段进行了更加精确的局部建模,模拟关键段在重力、内压、热膨胀/收缩等静力载荷以及地震载荷作用下的力学响应,得到了不同单一载荷和组合载荷下的应力分布。对比计算不同支吊架宽度下的应力情况,选择0.5倍管道外径作为支吊架宽度,可以缓解应力集中,并便于施工安装。对比了在原支吊架支承条件下和修改支吊架后的支承条件下,三个关键段在不同载荷下的应力峰值。讨论特殊结构、温度和载荷对关键段应力状态的影响程度,结果表明,内压是主要影响因素,温度和重力影响较小,地震引起的应力峰值是内压的40～60%。（3）设计核安全级HDPE管道抗震试验方案,设计人工地震波加速度时程谱,作为振动试验的输入载荷。采用有限元分析方法模拟试验段模型在试验地震波作用下的动态响应过程,预测地震与水压作用的试验工况下传感器测试点的数据变化。模型预测单向应变均在0.5%以内,试验实际测量单向应变在0.2%以内;HDPE管道在地震波作用下,响应加速度峰值与输入加速度峰值相比下降了30%以上。采用时程分析法计算,HDPE管道在服役过程中发生地震时,应力状态的主要影响载荷仍然是管道内压,地震波会引起应力最大值在3%范围内波动。