反应堆安全壳预应力钢绞线摩擦试验研究

反应堆安全壳预应力钢绞线摩擦试验研究

摘要：本文针对某核电站核岛内安全壳预应力的特点，对用于摩擦试验的水平

及其倒U型钢束选取、穿束、张拉力的施加以及有关参数的计算进行了阐述，并

对试验结果的数据进行分析，从而验证核岛预应力系统施工的合理性。

关键词：预应力；钢绞线；脱离锁力；摩擦系数；伸长值

1.工程概述

1.1工程简介

某核电站核岛内层安全壳为有粘结预应力混凝土结构。预应力系统采用的是NC6-55型有粘结后张拉体系。它由环向和竖向倒U型两种钢束类型均匀分布在内安全壳筒体墙和穹顶组成，其中环向钢束70束，倒U型50束，每一束钢绞线由55根直径为15.7mm的高强低松驰钢绞线组成。

1.2钢绞线参数

2.安全壳预应力系统摩擦试验

2.1试验目的

根据技术规格书要求，在预应力钢束张拉全面施工之前应进行预应力钢束的摩擦试验。

通过几束代表性钢束进行摩擦试验，来验证现场实际管道中钢束的摩擦力系数是否能够满足

钢束理论的摩擦力系数的要求。摩擦力试验的主要指标是脱离锁力值，即在主动段施加95%

的设计理论应力，由被动段从理论脱离锁力值80%开始以5bar应力施加至线性明显拐点，通过线性方程得出脱离锁力值，反应出由于钢束和其套管间存在的摩擦力而造成的损失。由脱

离锁力植带入，算出穿束系数后，可进一步求出摩擦系数μ，通过与设计中摩擦系数取值做

比较，对张拉力取值进行修正。

2.2试验钢束的选取

环向、倒U型试验钢束各选择2根管道角度不同的钢束进行试验，如果试验测试出的摩

擦系数与理论摩擦系数相符，在试验钢束被动端进行补张拉到设计值，试验钢束用做工程束。试验参照设计方技术方要求选取倒U型钢束为V1、V5，环向钢束为H1、H5。

2.3预应力摩擦力试验标准值取值及其标准推算

本次试验四根钢束采用千斤顶为JACK NO0115/01、0115/02，根据施工方、检测单位审核的千斤顶应力效核线性方程：

0115/01：y=249.72016ｘ-202.41570

0115/02：y=248.64789ｘ-137.59353

根据线性方程推算得出压力表读数标准值：

JACK NO0115/01：

80%屈服极限张拉应力f=11910 kN，压力表读数标准值：490bar；

80%屈服极限张拉应力f=12280 kN，压力表读数标准值：505bar；

JACK NO0115/02：

80%屈服极限张拉应力f=11910 kN，压力表读数标准值：490bar；

80%屈服极限张拉应力f=12280 kN，压力表读数标准值：505bar。

2.4脱离锁力值、传递系数与摩擦系数的计算公式

：传递系数；

：偏斜角度（rad）；

：摆动系数；

：钢束长度（m）。

2.5脱离锁力值、传递系数、摩擦系数及伸长值的试验计算过程

按照试验方案要求，将预应力钢束两端分别装上千斤顶和油泵，并且标明主动端与被动

段。主动端以100bar为一阶段，逐级张拉并记录伸长值后将应力持加到设计要求应力值Pw （警告应力值，为表1中F的95%，并且考虑到锚固与夹片的摩擦力损失）后，被动端施加

应力至95%的理论脱离锁力值，装上千分尺以5bar为一阶段张拉至千分尺测量伸长值明显变化后3至5点为止。将数值利用EXCEL绘制成线性变化曲线，参照图1的脱离锁力回归方程，得出最终的脱离锁力值Ft。

传递系数的计算：

将Pw和Ft分带入公式1的和中，得出传递系数。

摩擦力系数的计算：

将和表1的各项参数带入带入到公式2中，得出摩擦力系数。

伸长值的试验过程及计算：

在计算完摩擦力系数后，被动端以100bar为一阶段，逐级张拉并记录伸长值后将应力持加到设计要求应力值Pw，相加主动端与被动段的伸长值。如在设计要求的伸长值范围之内（理论值的95%~108%之间），则两端同时设计要求最终应力值，并且得出最终伸长值，卸

压后测量回缩值后，本次试验结束。如Pw不在设计伸长值范围之内则提交设计单位进行复

合后确定。

2.6试验数据计算

3.试验结果

从试验结果看，4根试验钢束的摩擦系数比较接近，其中2根竖向钢束的摩擦系数值为0.117~0.148，2根环向钢束的摩擦系数为0.12~0.131，远低于与理论摩擦力系数值0.18，又

参考同类机组摩擦力系数值为0.12~0.14和0.11~0.12，相差不大，说明试验是成功的。

因为P0值已达到钢束的破坏力的77%~80%，不宜再增大，只有设法减小μ值，解决的

办法可以是在钢束上涂石墨粉等。鉴于试验得到的μ值明显小于设计值0.18，因此作用在安

全壳上的力相对设计值要大些。对于倒U型竖向钢束，穹顶部分的摩擦力大于垂直部分。所

以克服摩擦力之后，穹顶砼承受的预压力并不是很大。而筒体墙所受压应力要高于设计值，

所以在此后的张拉施工中需要严格控制最终应力的施加。

对于试验中已经张拉的4根钢束，因其张拉力为钢束破坏力的77%~80%，余量较大，并

且由于根数较少，对安全壳的受力影响不是很大。所以经设计方确认这4根钢束可作为永久

工作束使用，后续进行灌浆保护。

参考文献：

[1]胡胜光。核岛预应力系统摩擦力实验的分析与探讨[J]，建筑知识，2012，39-40