автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние технологических и конструктивных неоднородностей на напряженное состояние защитных оболочек АЭС

в од

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ БЕЗОПАСНОГО РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

На правах рукописи.

МЕДВЕДЕВ Виктор Николаевич

УЛК 621.311+691.328

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗАЩИТНЫХ ОБОЛОЧЕК АЭС

Специальность: 05. 23. 01 - строительные констукции, здания и сооружения.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва — 1994 г.

Работа выполнена в Институте проблем безопасного развития атомной энергетики Российской Академии Наук и в Государственном институте по проектированию организации энергетического строительства " Оргэнергострой".

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Васильев П. И.

Научный консультант - кандидат технических наук

Ульянов А. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Хайдуков Г. К.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Николаев Ю. Б.

Ведущая организация - НТЦ " Атомтехвнерго" министерства Российской Федерации по атомной энергии.

Защита состоится "$0 "/сРЛ1994 г. в /^-^часов на заседании специализированного совета К 063. 08. 02 в Московском институте коммунального хозяйства и строительства по адресу: 109807, Москва, Средняя Калитниковская ул., дом 30, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв на реферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью предприятия, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированногосовета

Автореферат разослан " 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Верлинов М. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Состояние атомной энергетики мира и ее развитие свидетельствуют о том, что атомной энергетике нет альтернативы. Однако авария на Чернобыльской АЭС, как и аварии на АЭС в других странах, показывают, что вопросы безопасности в ядерной энергетике до конца еще не решены. Уроки этих аварий состоят прежде всего в том, что возникающая в процессе научно-технической революции новая сложная техника требует внимательнейшего отношения к ее безопасности и надежности.

Наряду с безусловной необходимостью совершенствования систем обеспечения безопасной эксплуатации ядерных реакторов физическими методами, следует обратить большее внимание на проблему обеспечения пассивной защиты его на случай возникновения аварийной ситуации. В первую очередь это относится к созданию надежной защитной оболочки, образующей герметичный контур и удерживающей выделившиеся при аварии радиоактивные вещества. Защитные оболочки АЭС имеют достаточно сложную геометрическую форму и большое количество конструктивных неоднородностей (узлов сопряжения элементов различной жесткости, отверстий, неравномерностей траекторий арматурных канатов и других концентраторов напряжений). Кроме того, в практике строительства встречается значительное количество технологических нарушений, которые влекут за собой возникновение технологических неоднородностей. Указанные факторы могут оказать существенное влияние на однородность напряженного состояния защитной оболочки и ее надежность.

Целью диссертационной работы являлось исследование напряженного состояния защитной оболочки при нерегулярном расположении арматурных канатов, определение коэффициента трения их о стенки каналов в натурных условиях и изучение его влияния на характер изменения напряженного состояния конструкции. На основе рассмотренных "возмущений" напряженного состояния сооружения, вызванных наличием отверстий, отгибами преднапрягаемой арматуры и пилястрами, разработать реко-

мендации по усилению зоны крупных отверстий и конструкцга пилястры.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- экспериментальным путем определено влияние воздействи единичного арматурного элемента, расположенного по винтов о линии, на напряженное состояние защитной оболочки;

- экспериментально-теоретическим и расчетным путем опре делено влияние отсутствия одного или нескольких арматурны канатов на напряженное состояние защитной оболочки;

- экспериментальным путем, на моделях, исследовано влш ние отгибов напрягаемых арматурных элементов в зоне отверс тий на напряженное состояние защитной оболочки;

- разработана методика определения величины коэффициег та трения в арматурных канатах защитной оболочки в натурны условиях;

- на основе проведенных (экспериментальных и расчетных ис следований разработана конструкция усиления зоны крупной те нологической проходки для защитной оболочки АЭС нового пс коления НП-1000;

- разработана форма пилястры для анкеровки напрягаемы арматурных канатов защитной оболочки АЭС НП-1000.

Практическое значение работы состоит в следующем:

- на основе проведенных экспериментальных исследовали получена возможность оценки напряженного состояния оболочк при отсутствии одного или нескольких арматурных канатов;

- разработана методика и получены результаты натурных ис следований по определению величины коэффициента трения арматурных канатах;

- определено влияние отгибов напрягаемых арматурных эле ментов в зоне отверстий на напряженное состояние защитно: оболочки;

- разработаны конструктивные решения усиления зоны круп ной технологической проходки и пилястр защитной оболочк АЭС нового поколения НП-1000.

Реализация работы. Результаты выполненных соискатели исследований использованы при оценке напряженно деформиро ванного состояния защитных оболочек с реактором ВВЭР-100

i при проектировании защитной оболочки для АЭС нового по-соления НП-1000 институтом " Атомэнергопроект".

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 1аседании научно-технического совета Центра сооружений и кон-:трукций научно-исследовательского института энергетических :ооружений "НИИЭС" (г. Москва, 1992 г.), на заседаниях научно-технического совета института "Оргэнергострой" (1990 -L992 г.) и на заседании научно-технического совета института фоблем безопасного развития атомной энергетики "ИБРАЭ" ЭАН (1993 г.). Основные результаты исследований опублико-тны в четырех печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из ¡ведения, четырех глав, выводов, списка литературы из 83 на-шенований и приложения. Диссертация изложена на 181 стр., i том числе 128 стр. машинописного текста, 61 рис, 3 таблицы.

Автор благодарит д. т. н, проф. СПбГТУ П. И. Васильева i к. т. н, вед. научн, сотр. ИБРАЭ РАН А. Н. Ульянова за жазанную помощь при выполнении настоящей работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы, сформулиро-заны цель работы, ее научная новизна и практическое значение.

В главе 1 приведены общие сведения о существующих типах 5ащитных оболочек АЭС и кратко излагается анализ проведен-шх иследований напряженного состояния различных конструктивных решений защитных оболочек.

При рассмотрении различных типов одинарных защитных обо-кочек отмечается преимущество сооружений из предварительно запряженного железобетона, заключающееся в том, что предварительное, напряжение обеспечивает трещиностойкость конструкции в случае возникновения аварийной ситуации. Принимая во внимание предъявляемые высокие требования к защитным оболочкам АЭС как к системе локализации продуктов аварии необходимо отметить, что одинарные защитные оболочки з отличие от двойных не могут служить достаточно надежным

средством локализации из-за совмещения локализующих фун ций с функциями нормальной эксплуатации (например, защи от природных явлений и других внешних факторов, восприят; нагрузок, свойственных режимам нормальной вксплуатации, т ких как нагрузки от трубопроводов и оборудования и т. п.). Т кое совмещение функций неблагоприятно сказывается на обесп чении требуемых характеристик защитной оболочки как локал зующего устройства и при прочих равных условиях огранич; вает способность одинарных герметичных оболочек удержива-радиоактивные продукты.

В нашей стране, начиная с 1968 г., проводился комплекс р бот, посвященных исследованшо напряженно деформированно] состояния различных конструктивных решений защитных об< лочек АЭС при воздействии на них основных нагрузок - вну реннего давления, предварительного напряжения и темверату] ных воздействий. Исследования проводились в ведущих научш исследовательских институтах: НИИЖВе - под руководство д.т.н. Хайдукова Г. К.; НИСе "Гидропроекта" им. С. Я. Ж: ка - под руководством д.т.н., проф. Кириллова А. 11., ЛПИ и М. И. Калинина - под руководством д.т.н. проф. Васильева I И., институте " Оргвнергострой" - под руководством д.т.н. X¡ ютина Ю. Г., МИСИ им В. В. Куйбышева - под руководство д.т.н. проф. Хесина Г. Л., Ленинградском проектном институт Госстоя СССР ПИ-1 - под руководством Павилайнена В. Я. других.

Результаты большого объема экспериментальных и теор< тических исследований, а также конструкторских проработс внедрены при строительстве защитной оболочки V энергоблок Нововоронежской АЭС, проект которой положен в основу уш филированной защитной оболочки для целой серии АвС бьп шего Советского Союза. Оболочка спроектировала ВГПИ Tei лоэлектропроект при участии ряда других проектных и нау* но-исследовательских организаций. Проведенные исследовани позволили при проектировании достаточно обоснованно назнг чить размеры сечений и требуемые характеристики материало! Однако для-учета влияния технологических и конструктивны неоднородностей на напряженное состояние оболочки потребе

валось проведение дополнительных исследований. Кроме того, в связи с возросшими требованиями к безопасности атомной энергетики возникла необходимость создания АЭС нового поколения повышенной надежности НП-1000, отличительной особенностью защитной оболочки которой от серии ранее построенных в нашей стране является принятие двойной железобетонной конструкции, что также потребовало проведения специальных исследований.

В главе 2 рассмотрены особенности воздействия напрягаемых арматурных элементов на напряженное состояние защитной оболочки АЭС. Для этого экспериментальным путем определено напряженное состояние оболочки от воздействия одного каната, а затем, путем простого суммирования единичных эпюр напряжений получено напряженное состояние оболочки" от воздействия всех канатов. Приводится методика экспериментальных исследований напряженного состояния конструкции на гипсовых моделях в масштабе 1:50. Нагрузка от арматурного элемента прикладывылась к внешней поверхности модели под заданным углом. С целью проверки достоверности получаемой информации был проведен методический эксперимент, для которого нагрузка от единичного каната прикладывалась по кольцевому сечению оболочки. Результаты этого • эксперимента отличались от расчетных значений не более чем на 10 %.

Проведенные экспериментальные исследования от воздействия, единичного арматурного элемента, расположенного под углом 35° к горизонтали, показали, что от воздействия этой нагрузки наибольшее влияние на однородность напряженного состояния конструкции оказывают меридианальные напряжения в ее вертикальном сечении.

В результате суммирования единичных эпюр средние напряжения на наружной поверхности составили -68,6 кг/см2 а на внутренней -58,9 кг/см2 средние напряжения по сечению стенки равны -63,75 кг/см2. Расчетные значения напряжений, полученные с учетом натяжения канатов усилием 1000 т, составили -64,3 кг/см2.

_ Для определения напряженного состояния оболочки в зонах неравномерного расположения канатов (из-за наличия большого

количества отверстий) ешоры напряжений от единичного арм турного элемента накладывались друг на друга с шагом и количестве, соответствующем натурной конструкции. Как пок зали результаты расчетов, в отдельных зонах оболочки измен] уровня напряжений достигает значительных значений - от —! до +31 % по отношению к средним на наружной поверхности от —29 до +24,5 % на внутренней поверхности.

В практике сооружения защитных оболочек АЭС имели ме то случаи невозможности установки арматурных канатов из-: значительного деформирования каяалообразователей во вреь производства строительно-монтажных работ, вызванных нар; шением технологии возведения сооружения. Кроме того пос. ввода оболочек в эксплуатацию имели место случаи обрыва а; матурных канатов. Оценка влияния этого фактора получена п; тем вычетания значений напряжений от единичного каната ] общего напряженного состояния оболочки.

Проведенные исследования показали, что при отсутствии о. ного или нескольких арматурных канатов, происходит снижен] уровня обжатия и увеличивается неоднородность напряженно] состояния в стенке оболочки. Для приближенной оценки во можности эксплуатации сооружения при отсутствии отдельнь элементов приемлем способ наложения единичных эпюр напр. жений. Более точная оценка может быть получена путем вз полнения расчетов методом конечных элементов по программ способной учитывать все особенности расположения армату] ных канатов, включая силы трения их о стенки каналообразов тел ей, действующие по длине этих канатов.

Кроме того, в этой главе рассмотрено влияние отгибов а] матурных канатов на напряженное состояние в зоне отверсти Для этого проведены модельные исследования на плоском фра менте стены. Особенность изготовления фрагмента заключала« в том, что для имитации нагрузки от предварительно напряга мых канатов, имеющих отгибы в зоне отверстия« в тело фрагме; та закладывались полиэтиленовые трубочки диаметром 5 м> которые в дальнейшем моделировали каналообразователи н; турной конструкции. При этом необходимо было соблюсти ТО' ность расположения канала в фрагменте по центру его толщин

с заданными траекториями кривизны канатов в зоне отверстия.

Для возможности учета неоднородности материала натурной конструкции в модели требовалось иметь возможность изменять модуль упругости материала в процессе проведения исследований. Для этой цели были проведены методические эксперименты по изменению свойств материала в зависимости от характера вносимой неоднородности. Испытывались образцы-призмы размером 4 X 4 X16 см. с внесенной неоднородностью типа перфорации. В средней зоне призм производилось сверление отверстий различных диаметров, располагаемых по квадратной и ромбической сетке. По результатам испытаний образцов оценивались изменения прочности и модуля упругости в зависимости от применяемой сетки расположения отверстий и их диаметров.

Исследования проводились для трех различных состояний модели в следующей последовательности: 1) экспериментальным путем оценивалось воздействие пары криволинейных канатов в однородной стенки оболочки в целях уточнения методики расчета; 2) сохраняя траекторию канатов неизменной, экспериментально получена оценка их влияния в случае, когда в месте расположения отверстия находится включение материала с пониженным модулем упругости; 3) исследовано напряженное состояние оболочки от влияния отгибов арматурных элементов при наличии отверстия.

Проведенные исследования показали, что влияния отгибов арматурных канатов в зоне технологических проходок оказались достаточно существенными, чтобы возникла необходимость их учета при проектировании этих зон (Рис. 1). Особое внимание следует обратить на зоны, где возникающие за счет изгиба канатов растягивающие напряжения ничем не компенсируются (начало отгиба пучков от штатной траектории).

В главе 3 исследовалось изменение усилий по длине арматурного элемента из-за трения о стенки каналообразователя и его влияние на напряженное состояние защитных оболочек АЭС.

Вследствие механического взаимодействия между арматур-иым канатом и полиэтиленовым каналообразователем в местах лх соприкосновения возникают силы трения, которые сопротивляются относительному перемещению арматурного каната в про-

0.85*17.0

0,18]

11*

О [КГ/СМ®]

расчет без учета сил трения расчет с учетом сил трения, ц = 0,1 расчет с учетом сил трения, ц = 0,2 *-18,37 - экспериментальные данные

трос N 1

У.т

-18,87

Рис. 1. Эпюры окружных напряжений при воадействиикриволинейных арматурных

дольном направлении. Возникновение сил трения при натяжении арматурного каната приводит к потере усилий по всей его длине. Изменение усилий по длине арматурного элемента в зависимости от величины коэффициента трения и угла его изгиба определяется по формуле Эйлера:

Я,- = Ще~*в

где N0 - усилие тяжного анкера, е - основание натурального логарифма, /х - коэффициент трения, 0 - угол изгиба арматурного элемента от тяжного анкера до рассматриваемой точки.

Лля определения коэффициента трения в натурных условиях разработана методика, позволяющая определять его значение по упругой деформации арматурного каната при различных усилиях натяжения. Приложение усилий к тяжным концам арматурного элемента при проведении экспериментальных работ осуществлялось гидродомкратами также, как и при обычном натяжении канатов. Измерение прикладываемых усилий определялось по показаниям образцового манометра, устанавливаемого на маслонапорной насосной станции. Нагрузка прикладывалась поэтапно с измерением перемещений на каждом этапе загруже-ния. Измерение перемещений анкеров, а, следовательно, и тяж-ных концов арматурного элемента, выполнялось с достаточной точностью за счет использования фиксированного геометрического размера анкерной части каната, а именно - шага резьбы опорной гайки, который равен 16 мм. За счет поворота гайки на фиксированный угол задается строго определенное значение перемещения анкера на данной ступени нагружения. При этом точность измерения составляет 0,044 мм. на один градус поворота гайки, т. е. ошибка при вращении гайки на 10° приведет к погрешности измерения перемещения всего на 0,44 мм. Дос-тоинсто этого метода состоит в том, что при этом не требуется дополнительного оборудования или специальных приборов.

Путем приравнивания правой части уравнения Эйлера при сбросе и подъеме усилий в арматурном канате и после некоторого преобразования выведена следующая зависимость для оп-

ределения коэффициента трения:

" = ШШр ~ ьдалГо) •

где N0 и Лд - это усилия на тяжном конце каната соответственно при его натяжении и при снижении нагрузки в нем с более высокого уровня, Е - модуль упругости материала арматурного элемента, кг / см2, Г - площадь сечения арматурного элемента, см2; АI - приращение деформаций арматурного элемента, см; гв.л. - радиус изгиба арматурного каната при его траектории, проходящей по винтовой линии и распологаемой на поверхности цилиндра с радиусом ^Дд = 23,15 м., который определяется, по зависимости г„.л. = Дц/(сов а)2, где а - угол захода винтовой линии к горизонтальному сечению цилиндра.

Экспериментальные исследования по определению приращения деформаций арматурного элемента в зависимости от усилия его натяжения с последующим вычислением коэффициента трения осуществлялись на шестом энергоблоке Запорожской АЭС во время предварительного напряжения защитной оболочки и на первом энергоблоке Южно-Украинской АЭС во время проведения контрольно-профилактических работ системы предварительного напряжения сооружения.

Проведенные исследования показали, что величина коэффициента трения, полученная на шестом энергоблоке Запорожской АЭС (ц = 0,061 ± 0,002), значительно меньше значения, полученного на первом энергоблоке Южно-Украинской АЭС (ц = 0,085 ± 0,004). Такое различие объясняется тем, что в первом случае коэффициент трения определялся во время предварительного напряжения оболочки, когда полиэтиленовый кана-лообразователь на контакте с поверхностью каната имел более гладкую поверхность и наличие смазки на поверхности каната позволило существенно снизить силы трения. Во втором случае коэффициент трения определялся на защитной оболочке, находившейся в эксплуатации более 5 лет и за этот период, очевидно, на контактных поверхностях каната и каналообразователя произошли необратимые изменения (продавливание полиэтилена, уменьшение слоя смазки, появление коррозии и др.). На

основании этого сделано предположение, что при увеличении срока эксплуатации системы нреднапряжения конструкции (учитывая периодичность проведения контрольно-профилактических работ) величина коэффициента трения будет увеличиваться.

Лля оценки влияния сил трения на напряженное состояние защитной оболочки было выполнено сопоставление результатов расчета напряжений в стенке конструкции от воздействия предварительно напрягаемых элементов без учета ковффициента трения и при его учете. Расчет напряженно деформированного состояния защитной оболочки проводился с использованием метода конечных элементов. Анализ полученных результатов показал, что значения кольцевых напряжений как в купольной, так и в цилиндрической части оболочки во втором случае значительно отличаются от результатов, полученных в первом случае. При расчете с учетом сил трения величина напряжений в однородной зоне снизилась на 14 %. В зоне усиления крупной технологической проходки диаметром 7,0 м. при обходе ее арматурными канатами, попадающими в створ отверстия, влияние этого фактора становится более существенным за счет увеличения суммарного угла изгиба канатов, снижение величины усилий при учете сил трения в этой зоне достигает 20 %.

Приведенные материалы показали, что величина потерь усилий по длине арматурного элемента от трения и ее влияние на напряженное состояние защитной оболочки оказалось достаточно значительным для того, чтобы учитывать этот фактор в расчетах.

В главе 4 рассматривается влияния конструктивных неодно-родностей на напряженное состояние защитной оболочки АЭС. Это обусловлено необходимостью принятия новых конструктивных решений для проектируемой в нашей стране двойной защитной оболочки для АЭС нового поколения НП-1000. Внутренняя оболочка представляет собой цилиндр, перекрытый полусферическим куполом. Толщина стен цилиндра и купола принята равной 1,2 м. Схема размещения напрягаемых арматурных элементов - ортогонально-петлевая. В целом оболочка осесим-метрична и, практически, по всему периметру стены цилиндра и купола имееют постоянное сечение. Однако в зонах техноло-

гических проходок большого диаметра, снабженных местными усилениями, и в зонах анкеровки кольцевых арматурных канатов (пилястр) из-за нарушения постоянства сечения возникают концентрации напряжений, что потребовало проведение дополнительных исследований с целью разработки формы усиления зоны крупной технологической проходки и формы пилястр.

Наличие технологических проходок в защитной оболочке приводит к существенной неоднородности ее напряженного состояния - концентрации напряжений в зонах проходок. Значение коэффициентов концентрации напряжений зависит от диаметра отверстия, толщины и диаметра цилиндрической части защитной оболочки. В мировой практике энергетического строительства для усиления зоны отверстий защитных оболочек АЭС применяются местные одно- или двусторонние утолщения, которые кроме восприятия концентрации напряжений создают благоприятные условия для размещения отгибаемых вокруг этих отверстий напрягамых арматурных канатов и дополнительной рядовой арматуры, оставляя свободное пространство для производства бетонных работ в данной зоне оболочки.

Анализ имеющихся решений задачи о концентрации напряжений в зоне отверстия, внесенного в поле двухосных напряжений, показал, что все они обладают рядом ограничений, не позволяющих аналитически получить достоверную картину напряженного состояния вокруг отверстий ввиду совместного влияния двух факторов - кривизны стенки цилиндрической части оболочки и наличия утолщения. В этой связи была испытана серия гипсовых моделей в масштабе 1:50 с различными размерами внутреннего усиления в зоне отверстия.

Одной из отличительных особенностей защитных оболочек АЭС нового поколения повышенной надежности НП-1000, потребовавшей специальных исследований, является наличие в ней особо крупной технологической проходки диаметром 7,0 м. На основании проведенных экспериментальных и расчетных исследований по определению напряженного состояния в зоне отверстий защитной оболочки с односторонним внутренним усилением сделан вывод о том, что для таких отверстий снижение концентрации напряжений до допустимого уровня не возможно без при-

менения двустороннего утолщения.

Для определения формы усиления крупной технологической проходки оболочки было рассмотрено три исходных варианта двустороннего усиления, отличающихся друг от друга размерами утолщения внешней и внутренней поверхности. В качестве расчетной нагрузки было принято воздействие внутреннего давления.

Результаты проведенного анализа показали, что общие принципы формообразования усиления (утолщение с двух сторон цилиндрической стенки) позволяют снизить уровень средних напряжений в этой зоне. Однако, геометрические характеристики утолщений исходных вариантов не обеспечивают снижение уровня напряжений на внутренней поверхности оболочки вблизи отверстия до уровня напряжений в стенке без отверстия. На основе установленных закономерностей влияния изменения геометрии утолщения на неоднородность напряженного состояния зоны крупной технологической проходки оболочки был разрабо-г тан четвертый вариант конструктивного решения, отличающийся от предыдущих тем, что в нем соблюдается большая симметричность сечения относительно линии действия максимальных усилий. Это достигается нарушением симметрии в проходящей через центр отверстия меридианальном сечении защитной оболочки, где толщина усиления на наружной поверхности принята. 50 см, а на внутренней поверхности - 90 см (Рис. 2).

На следующем этапе разработки усиления защитной оболочки повышенной надежности проведен анализ неоднородности напряженного состояния оболочки, обусловленной отгибами пред-напрягаемых арматурных канатов в зове отверстия и влиянием действующих между арматурными канатами и стенками кана-лообразователей сил трения. Следует отметить, что на данном втале проектирования защитной оболочки АЭС НП-1000 институтом "Атомэнергопроект" диаметр отверстия, был принят 6,5 м.

Наличие отверстия большого диаметра в цилиндрической стенке защитной оболочки вызывает необходимость изменения траектории -большого количества напрягаемых арматурных канатов, проходящих в зоне втого отверстия. Отмечается, что нап-

Рис. 2. форма усиления зоны отверстия диаметром 6,6 м при огибании его напрягаемыми арматурными канатами.

ряженное состояние в зоне отверстия от воздействия арматурных канатов зависит от следующих факторов: количества отгибаемых канатов, радиусов кривизны канатов при огибании отверстия и расстояния от контура отверстия до центра каждого отгибаемого каната. В целях снижения количества отгибаемых арматурных элементов канаты кольцевого направления сводились з пары и распологались по горизонтали, что позволило более свободно манипулировать канатами при их перераспределении в зоне утолщения (см. Рис. 2). Характер кривых огибания выбран таким, чтобы выход каната из плоскости его нормального расположения производился не ранее начала утолщения зоны отверстия.

Анализ напряженного состояния защитной оболочки от воздействия испытательной нагрузки с учетом влияния отгибов арматурных канатов и сил трения показал, что трещиностойкость конструкции обеспечивается с большим запасом, исключение составляет зона усиления отверстия, где в кольцевом сечении по оси отверстия на наружной поверхности оболочки возникают растягивающие напряжения. Эти напряжения появляются за счет отгибов арматурных канатов вокруг отверстия, несмотря на принятую оптимальную, на наш взгляд, форму усиления и схему расположения арматурных канатов. Для обеспечения трещиностойкости конструкции в указанной зоне требуется принятие дополнительных мероприятий например, анкеровка на обечайке отверстия части арматурных канатов, попадающих в створ этого отверстия.

Для АЭС нового поколения повышенной надежности НП-1000 предполагается использовать двойную защитную оболочку реакторного отделения с вентилируемым зазором. Величина зазора между оболочками определяется конструктивным решением внутренней защитной оболочки и применяемым оборудовавшем для создания ее предварительного напряжения: Уменьшение зазора до минимально возможных пределов позволит снизить себестоимость внешней строительной конструкции. Исходя из этого для анкеровки кольцевых напрягаемых арматурных элементов возникла необходимость разработки конструктивного решения пилястры, обеспечивающей достаточно однородное

напряженное состояние в зоне ее расположения и позволяющей обеспечить натяжение арматурных канатов в стесненных условиях.

В основу определения оптимальной формы пилястры и ее геометрических размеров положены экспериментальные исследования напряженного состояния защитной оболочки с пилястрами, проведенные Ульяновым А. Н. и методика расчета цилиндрической оболочки с пилястрами, разработанная в ЛПИ им М. И. Калинина.

В результате проработки нескольких вариантов конструктивного решения для защитной оболочки АЭС нового поколения нами разработана конструкция пилястры, размеры которой равны: толщина в среднем сечении пилястры — 1,8 м; протяженность в кольцевом направлении оболочки - 5,0 м., ширина боковой поверхности пилястры - 0,725 м. Угол выхода арматурного элемента на опорную грань пилястры составляет 7 градусов к плоскости ее наружной поверхности. Разработанная конструкция пилястры позволяет осуществлять установку домкратного оборудования и натяжение канатов при величине зазора между оболочками 1,6 м.

Проведенный расчетный анализ напряженного состояния оболочки с принятой формой пилястры, разработанной с учетом наличия ограниченного зазора между оболочками, показал правильность подхода к назначению основных ее размеров. Результаты выполненных расчетов позволяют рекомендовать для анке-ровки кольцевых арматурных элементов указанные выше размеры пилястр, как обеспечивающие требуемый уровень напряжений при всех возможных сочетаниях нагрузок.

При проведении расчетной оценки напряженного состояния купольной части оболочки рассматривались два варианта конструктивного решения пилястр. В первом случае пилястра обрывалась несколько выше зоны расположения последнего кольцевого арматурного каната, а во втором случае пилястра имела постоянное сечение на всю высоту оболочки. Необходимость проработки второго варианта конструктивного решения пилястры обусловлена тем, что при огибании отвергая большого диаметра арматурными канатами или частичной анкеровке их на обе-

чайке такого отверстия, происходит снижение усилий в канатах от сил трения из-за значительных углов изгиба. При наличии пилястры на вершине купола появляется возможность натяжения канатов и аикеровки их аналогично кольцевой арматуре.

Анализ напряженного состояния купольной части оболочки в зоне пилястр для двух вариантов конструктивного решения, в случае доведения пилястры до вершины купола и загружение ее всеми арматурными канатами, проходящими в этом сечении, картина напряженного состояния имеет более однородный характер. Принимая во внимание открывающиеся при таком решении возможности обеспечения более равномерного обжатия значительной зоны оболочки, расположенной выше крупной технологической проходки, следует отдать предпочтение такому конструктивному решению.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ напряженного состояния защитной оболочки необходимо выполнять с учетом рассмотренных факторов, вызываемых как технологическими, так и конструктивными особенностями.

2. Одним из весьма важных факторов, вызывающих неоднородности напряженного состояния, может явиться взаимодействие напрягаемых арматурных элементов с конструкцией в зависимости от их траекторий. Наиболее ярко это видно при рассмотрении арматурных элементов, огибающих крупные отверстия, а также в случаях невозможности установки отдельных арматурных канатов из-за нарушения технологии производства работ при возведении стенки защитной оболочки.

3. Полученные в.работе результаты экспериментальных исследований воздействия единичного арматурного элемента позволяют получить необходимые сочетания в случае оценки напряженного состояния конструкции при отсутствии нескольких напрягаемых арматурных элементов.

4. Экспериментальные исследования влияния отгибов арматурных элементов в зоне крупных отверстий в стенке оболочки позволили уточнить расчетные методы, достаточно близко

характеризующие механические процессы происходящие в втой весьма сложной зоне конструкции.

5. Наличие сил трения между арматурным канатом и канало-образователем существенно влияет на характер распределения напряжений в защитной оболочке. В зависимости от величины коэффициента трения изменяется усилие по длине арматурного каната как в самом арматурном э лементе, так и прикладываемое к конструкции.

6. Предложенная в работе методика определения коэффициента трения в натурной конструкции позволила получить фактические значения коэффициента трения, ц, как для случая первично натягиваемого каната, так и для канатов, проработавших длительное время в эксплуатационных условиях. Проведенные исследования показали, что с увеличением срока эксплуатации конструкции величина коэффициента трения неизбежно увеличивается.

7. В результате рассмотрения нескольких вариантов усиления зоны отверстия защитной оболочки АЭС нового поколения НП-1000 диаметром 7,0 метров разработана конструкция двух-строннего утолщения, позволяющая снизить напряжения до требуемого уровня.

8. Разработанное с учетом наличия ограниченного зазора между оболочками конструктивное решение пилястры, как показали результаты расчетов, обеспечивает удовлетворительное напряженное состояние оболочки в зоне расположения пилястр.

9. Приведенные в работе результаты исследований позволяют получать более детальное напряженное состояние защитной оболочки с учетом неоднородностей конструктивного и технологического характера, что, в свою очередь, позволит более обоснованно назначать основные параметры проектируемой защитной оболочки для АЭС НП-1000, а также обеспечит повышение надежности .эксплуатируемых сооружений за счет более достоверной оценки их напряженного состояния.

Основное содержащие диссертации опубликовано в работах:

1. Ульянов А. Н., Медведев В. Н. Принципы конструирования зон технологических проходок // Энергетическое строи-

тельство, 1993, N 9, с. 45 - 47.

2. Ульянов А. Н., Медведев В. Н., Киселев А. С. Влияние отгибов арматурных элементов на напряженное состояние защитной оболочки АЭС в зоне технологических проходок // Энергетическое строительство, 1993, N 11, с. 74 - 75.

3. УльяновА. Н., Ямщиков Н.В., Медаедев В. Н., Болдырев А. В. Оптимизация усиления зоны технологической проходки защитной оболочки для АЭС НП-1000 // Энергетическое строительство, 1994, N 1, с. 67 - 69.

4. Ульянов А. Н, Медведев В. Н. Экспериментальные исследования по определению коэффициента трения арматурных элементов о стенки каналообразователей на существующих защитных оболочках АЭС // Препринт N N81-15-94. М.: ИБРАЭ РАН, 1994. 10 с.