核电站安全壳预应力施工变形分析及实时监控

核电站安全壳预应力施工变形分析及实时监控

摘要：电站安全壳是核电站的标志性建筑物，核蒸汽供应系统的所有设备均安

装其内．燃料转运装置为关键部件，其安装精度要求十分严格，同时燃料转运装

置的安装为关键路径，无法延期进行而核电站安全壳预应力施工会引起筒体变形，进而影响燃料转运装置的安装精度．为分析其影响，本文采用ANSYS有限元分析

软件对穹顶预应力张拉引起的筒体变形进行数值模拟，同时在现场设置检测点位

进行实际变形量的监测，实时监测筒体的变形．研究表明：安全壳穹顶预应力施

工引起的筒体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．关键词：核电站；安全壳；预应力施工变形；实时监控

1、前言

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．

2、核电站安全壳简体变形数值分析

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。核电站安全壳是核电

站的标志性建筑物，核蒸汽供应系统的所有设备(如压力容器、蒸汽发生器、燃料转运装置等)均安装其内．安全壳一般为圆柱形筒体、圆形筏基、顶部为椭球形穹顶的钢筋混凝土结构．由于在LOKA事故(核泄漏)工况下，该混凝土结构中存在较大的拉应力，若采用普通钢筋混凝土无法满足抗裂的要求，必须借助预应力}昆凝土技术才能得以实现．我国自主知识产权的CPRl000安全壳预应力体系是采用法

国FREYSSINET公司系列后张拉群锚体系．该种预应力技术已经在我国南方地区建造的核电站广泛应用，如：大亚湾核电站、岭澳核电站、阳江核电站、宁德核电

站等．然而在我国北方地区建造的首台核电站一红沿河核电站(以下简称核电站)

应用该技术时却遇到了挑战．由于堆型相同，该核电站施工进度计划是参照广东

大亚湾核电站施工进度计划编制的，未充分考虑大连地区由于冬季温度较低对预

应力施工造成的影响．按照项目部制定的进度计划，该核电站安全壳穹顶预应力

施工，将在温度较低的环境中进行．而我国《混凝土结构工程施工规范》(GB 50666--201 1)中规定：当工程所处环境低于一15℃时，不宜进行预应力筋张拉；

当工程所处环境高于35℃或连续5 a平均温度低于5℃时，不宜进行灌浆施工。

因此，需对原有预应力施工计划进行调整．将在冬期进行的预应力施工延迟进行，待环境温度上升到满足规范规定的温度要求后再进行施工作业．由此而来，预应

力施工引起的简体变形将会影响后续的安全壳厂房内部的燃料转运装置的安

装．同时燃料转运装置为关键安装部件，其安装精度要求十分严格，精度要求为0．1 mm／m；同时燃料转运装置的安装为关键路径，无法延期进行?J．为分析核电站安全壳预应力施工变形对燃料转运装置的影响，本文采用ANSYS有限元分析

软件对穹顶预应力张拉引起的简体变形进行数值模拟，同时在现场设置检测点位

进行实际变形量的检测，实时监控筒体的变形，为核电站安全壳预应力施工提供

新的思路和方法．

2.1数值分析模型

CPRl000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．简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．安全壳的具体尺寸如图1所示．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，即简体在一4．5 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)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，如图2所示．安全壳混凝土强度等级为PI／

S40(为法国标准RCCG，相当于中国标准，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．

2.2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，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，而且该力即是引起简体变形的直接因素．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，对简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．

3、电站安全壳简体变形实时监测

3.1监测点及测量仪器的选择竖向荷载起到约束穹顶竖向变形的作用，进一步可以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，同时还能反应出简体的变形．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简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

1．1x10。5 mn'1)，在+8．0 rn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简

体变形值较小，变形值的增长数值为0．01．所以选择同等

3.2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

实测见图7及图8，数值见表3及表4．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，模拟计算值为

1．1x10～ITlllq，+20．0 m标高区域实测值为，模拟计算值为0 12 mm

4、结束语

采用ANSYS有限元分析软件对穹顶预应力张拉引起的筒体变形进行数值模拟，同时在现场设置检测点位进行实际变形量的实时监测，得出以下主要结论．(1)由

于安全壳穹顶预应力钢束孔道布置复杂，造成孑L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．可采用穹顶预应力张拉施加

在环梁位置的荷载值作为在安全壳筒体环梁处的外部荷载进行简体变形分析．(2)

采用ANSYS数值模拟及现场实时监测相结合的方法，可以正确地对穹顶预应力张

拉引起的筒体变形进行分析和验证．(3)安全壳穹顶预应力施工引起的筒体变形不