连云港金辰实业有限公司 江苏连云港 222000
摘要：安全壳是核电厂反应堆主厂房的围护结构，包容了反应堆压力容器、反应堆冷却剂系统的主管道、稳压器、蒸汽发生器、主泵以及部分辅助系统和专设安全设施系统。核电站安全壳结构是核反应堆的保护结构，是继核燃料包壳、一回路压力边界之后的最后一道安全屏障。
关键词：核电站安全壳；预应力施工；实时监控
引言
预应力技术作为一种特殊的施工工艺，随着该项技术的不断发展和完善，在土木工程领域得到了广泛应用。由于其在结构内提前施加预应力，因而能够有效改善结构的受力性能，满足设计人员所要求的结构刚度、内力分布、位移和裂缝的控制。此外，借助预应力技术还能够建造出多种新型的结构形式，增加结构的使用空间，充分发挥材料的性能，从而可以有效节约材料。基于预应力技术的特点，该项技术已经在大跨度空间结构、桥梁结构、房屋加固改造工程尤其是在特种工程结构中得到了广泛的应用。
1核电站安全壳筒体变形数值分析
1.1数值分析模型
CPR1000核电站安全壳由椭球形穹顶、圆柱形筒壁和圆形筏基组成。椭球形穹顶和筒壁的连接处设置有一变截面环梁，用来分别锚固穹顶和竖向预应力钢束，承受预应力施加的集中荷载。筒体与筏基通过变截面的截锥体相连，安全壳筏基厚度为5.5,m，有效约束了筒体变形。由于穹顶张拉并不会对筏基与地基之间造成影响，为简化考虑，将筏基与地基作为一个整体，即筒体在－4.5,m标高处直接锚固在地基上，筒壁厚度为900,mm，忽略截锥体的尺寸变化及设备闸门处(筒体开孔)的影响。采用ANSYS有限元分析软件Solid65单元建立安全壳有限元模型，安全壳混凝土强度等级为PI/S40(为法国标准RCC-G，相当于中国标准的C50)，根据现场试验测得其90,a的抗压强度为57.7,MPa，弹性模量为40,800,MPa。
1.2荷载确定
由于安全壳穹顶预应力钢束孔道布置复杂及钢绞线受孔道内壁摩擦力的作用，孔道内不同部位钢绞线的受力均不相同，很难精确模拟穹顶预应力管道的分布荷载。经过研究发现，虽然穹顶预应力管道布置复杂但管道两端锚固点处力的大小、方向、作用点位置均可确定，而且该力即是引起筒体变形的直接因素。因此，将锚固点处的荷载进行简化，作用在安全壳筒体环梁处，对筒体变形进行计算分析。穹顶预应力管道布置及锚固点位置如图3所示。穹顶环梁预应力钢束锚固点处作用力(F1、F2)的标高位置及方向如图4所示。预应力钢束采用19,φJ15.24、1,770,MPa级高强低松弛钢铰线，锚头处的拉应力为1,413,MPa。锚头处施加的张拉力F1与F2均为4.027,MN。将F1、F2进行分解后发现，水平分力是引起筒体变形的唯一原因，且仅会引起筒体内缩变形(即半径缩小)。F1的水平分力为3.33,MN(标高47.70,m)，F2的水平分力为2.63,MN(标高46.39,m)。F1、F2沿圆周布置，其作用的水平分力均指向圆心。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1.3分析结果及讨论
采用ANSYS软件分析穹顶预应力张拉引起的筒体变形及应力结果，锚固端环梁处的最大变形量为5.82,mm，穹顶顶点的竖向变形量为5.81,mm，筒体＋7.50,m标高位置处(燃料转运装置的安装标高)的变形量为0.8?10-5,mm，筒体＋8.00,m标高位置处的变形量为1.1?10-5,mm，筒体＋20.0,m标高位置处的变形量为0.112,mm，筒体环梁区域的最大压应力为16.315,MPa。在穹顶张拉的过程中预应力钢束对环梁施加水平荷载的同时，也给穹顶施加了竖向的均布荷载。该竖向荷载起到约束穹顶竖向变形的作用，进一步可以限制穹顶张拉过程中筒体的水平变形。由于本文简化计算，并未考虑竖向分布荷载所起的作用，所以本文的模拟结果与实际的变形值相比偏大。穹顶预应力张拉引起筒体的变形主要集中在环梁位置，而在＋7.5,m标高位置(燃料转运装置的安装位置)的变形值几乎为0。从分析结果可以看出，穹顶预应力张拉计划的调整并不会对反应堆厂房燃料转运装置的安装造成影响。
2核电站安全壳筒体变形实时监测
2.1监测点及测量仪器的选择
安全壳反应堆厂房正处于安装的高峰期，监测点的选取位置必须处于相对隐蔽、施工作业少的偏僻区域，同时还能反应出筒体的变形。通过在现场实地考察发现，反应堆厂房＋20.0,m标高平台设备闸门两侧靠近筒体的环边区及燃料转运装置安装的位置附近(+8.0,m平台)施工作业少，设置的监测点不易被晃动。通过有限元计算分析可得出，＋8.0,m标高的筒体变形值几乎为0(模拟计算值为1.1?10-5,mm)，在＋8.0,m标高区域设置2个测点(编号P1和P3)。在＋20.0,m标高区域设置2个测点(编号P2和P4)。此外穹顶预应力张拉过程中引起的筒体变形值较小，变形值的增长数值为0.01,mm。所以选择同等精度的游标卡尺作为测量工具(精度为0.01,mm)。
2.2实时监测阶段
检测过程共分为3个阶段，初始阶段为在穹顶预应力施工前进行初始值的测量，第1阶段为穹顶第1阶段预应力施加完成后测量，第2阶段为穹顶第2阶段预应力施加完成后测量，第3阶段为穹顶第3阶段预应力施加完成后测量。现场实测结果显示，穹顶预应力张拉后引起的筒体变形值较小，其中＋8.0,m标高区域实测值为0.00,mm，模拟计算值为1.1?10-5,mm，+20.0,m标高区域实测值为-0.08,mm，模拟计算值为0.112,mm。通过采用ANSYS数值模拟及现场实时监测相结合的方法，对穹顶预应力张拉引起的筒体变形进行分析和讨论，得出其变形不会对核电站燃料转运装置的安装产生影响，可以先进行燃料转运装置的安装，保证工期，再进行安全壳穹顶预应力的施工，以避开冬期施工。通过采用 ANSYS 数值模拟及现场实时监测相结合的方法，对穹顶预应力张拉引起的筒体变形进行分析和讨论，得出其变形不会对核电站燃料转运装置的安装产生影响，可以先进行燃料转运装置的安装，保证工期，再进行安全壳穹顶预应力的施工，以避开冬期施工。
结语
通过采用ANSYS数值模拟及现场实时监测相结合的方法，对穹顶预应力张拉引起的筒体变形进行分析和讨论，得出其变形不会对核电站燃料转运装置的安装产生影响，可以先进行燃料转运装置的安装，保证工期，再进行安全壳穹顶预应力的施工，以避开冬期施工。
参考文献：
［1］吕志涛，潘钻峰.大跨径预应力混凝土箱梁桥设计中的几个问题[J].土木工程学报，2010，43(1)：70-76.
［2］陈志华.弦支结构体系研究进展[J].建筑结构，2011，41(12)：24-31.
［3］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50666—2011混凝土结构工程施工规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
论文作者:杨仲远
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/30
标签：穹顶论文; 预应力论文; 标高论文; 荷载论文; 核电站论文; 锚固论文; 燃料论文; 《防护工程》2017年第27期论文;