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核岛安全壳截锥体中模拟浇筑自密实混凝土时钢衬里的应力监测与分析

文档作者：裴新意，余兵，王辉诚，王景平，孙雨文档来源： 1 中广核工程有限公司 2 中国冶金研究总院有限公司		点击数：	更新时间： 2025年04月13日
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第 35卷 第 3期2015年 9月核 科 学NuclearScience与 工 程and EngineeringVo1．35 NO．3Sep．2015核 岛安全 壳截锥体 中模拟浇筑 自密实混凝 土 时钢 衬 里 的应 力 监测 与分 析裴新意 ，余 兵 ，王辉诚 ，王景平 ，孙 雨(1 中广核工程有限公司，广东 深圳 518124；2 中国冶金研究总院有 限公司 ，北京 100088)摘 要 ：为保障 自密实混凝 土浇筑过程 中核 岛安全壳 的完整性 和稳定性 ，建立 了安全壳截 锥体 的同尺寸 1／8模 型，进行 自密实混凝 土现场 浇筑 ，并对 其中钢衬里 表面 的应 力进行监测 和模拟计 算 。研究结 果表明 ，随着 自密实混凝土浇筑高度 的增加 ，钢衬里所受应力 逐渐增大 ，在 浇筑至应变 点位置时 ，钢衬 里应力值 发生突增 ；而采用水平角钢加 固后对钢衬里横 向和竖 向表面应力都具有明显的改善作用 。关键词 ：安全壳截锥体 ；自密实混凝土 ；钢衬里 ；应力中图分 类号 ：TU33．6 文献标志码 ：A 文章编号 ：0258—0918(2015)03-0486—07Study on StressChange ofSteelLiner in NuclearContainm entConeDuring Casting Self-com pacting ConcretePEIXin—yi，YU Bing ，W ANG Hui—cheng ，W ANG Jing—ping ，SUN Yu(1．ChinaGuangdong NuclearPowerEngineeringCo．，Ltd．，ShenzhenofGuangdongProv．518124，China2．CentralResearchInstituteofBuildingandConstruction，MCCGroup，Beijing10088，China)Abstract：To studystressin nuclearcontainmentconeduringcastingself-compacting concrete，a1／8in-situstructuremodelwasbuildand casted withself-compactingconcrete．Atthesametime。thestressofsteellinerwas monitored and calculated．The results showed that，with theincreasing of self-compacting concrete pouring elevation， the steel liner stress was alsoincreasing，andjumped when pouring levelreached to the strain gaugelocation．Thetransverseand verticalstresseswereeffectivelycontrolled by addinghorizontalanglesteelto steelliner．These results could provide a basis for the application of self-com pactingconcreteandthereinforcem entofthesteellinerin nuclearcontainm entcone．Key words：containm entcone；self-compacting concrete；steelliner；stress自密实混凝 土具 有高 流动性 、均 匀性 、稳定性 ，浇筑 时无需 外 力振捣 ，能够 在 自重作用 下流动 并充满 模板 空间 的混凝 土 。 自密实 混凝 土流动性好 ，具有 免振 捣特性 ，对减 轻工 人劳动 强收稿 日期 ：2015-01—17；修 回 日期 ：2015—08—27基金项 目：国家十二五科技支撑计划项 目(2011BAE27B02—3)作者简介 ：裴新意(1981一 )，男 ，工程师 ，从事核电工程混凝土质量管理和核 电工程混凝土材料研究486浇筑 时 间 为 0．72h，2．85h完 成 第 二 层 浇筑 ，再静 停 1．55 h。从 图 6可 知 ，109、110、112、ll3、114等 5个 应变 点 的应力 值在 0．8h时 ，应力 绝对 值均 突然 增 大 ，然 后 维持 稳 定 至 2．8h，之 后 又 突 变 增 大 ，并 维 持 稳 定 至 浇 筑 结 束(10h)。应 力绝对 值 的变 化 与 自密实 混 凝 土浇筑 状 态 密切 相 关 ，自密 实 混凝 土 浇 筑 至应 变 监测 点位 置 (0．8h)时 ，钢衬里 就 发 生 了相 应 的应变 ，产 生应 力 ，0．8h至 2．8h之 间 的稳 定状 态 ，表 明第 一层 浇 筑后 的静停 期 和第 二层 浇筑 期应力 值保 持稳 定 ，在 2．8h之 后 ，第 二浇 筑 层 自密实混凝 土 的侧 压力 对钢 衬里 作用 ，产 生 了应变 ，应 力 值突 变 并 增 大 。2．8h至 10h之 间 ，钢 衬里应 力 基 本 维持 恒 定 ，表 示 浇 筑高 度 超 出应变监 测 点位 置后 ，受水 平 角钢 和基 座结 构 的约束 ，应 变 点 位 置 钢 衬里 产 生 的应 力 基 本 不 变 ，钢衬里 自身 的加 固体 系与 自密 实混凝 土 流体静 力 荷载 处 于平 衡 状 态 ，后 期 自密 实 混凝 土 的浇 筑 对lO0．O80．060．040．020．00．020．0— 40．0- 60．0- 80．0300．0200．0100．0o．0一 lO0．O- 200．0— 3oo．O该 位置 钢衬 里应 力应 变无 明显 影 响 。2．2 上部 横 向应 力结果 分析101、102、104、105、106等 5个 应 变监 测 点位 于模 型 上部 ，处 于 同一 水平 ，距浇 筑底 面距 离为 1．2m，介于 第三 浇筑 层 与第 四浇 筑层 之 间 ，监测 钢 衬 里横 向应 力 ，图 7为上 部 横 向应 力 结果 图 。由 图 7可 知 ，1O1、102、105、106等 4个应 变 监 测 点 的应 力 值 为 负值 ，表 明该应 变 计 受到压 应力 ；104应 变监 测 点 的应 力 值 为正 值 ，表明该应 变 计 受 到 拉 应 力 。在 浇 筑 前 3h内 ，应力值 较小 ，有较 小 波动 ；3h至 5．4h时间 内 ，应力值 稳定 增加 ，5．4h至 6．8h内应力 值基本 维持不 变 ，在 6．8h时刻 5个 应 变监 测 点 应 力 值均 发生 突变增 大 ，然后 维持 不变 或轻微 降低 ，至9．1h时刻 5个应 变 点 监 测值 再 次 发 生 突变 增大 ，随后 应力 值 保 持 稳定 ，且轻 微 增 大 或 减 小 。101、104、106监 测 点 的最 大 应 力 为 223MPa、220MPa、238MPa，出现 在浇 筑 9．2h时刻 。时间m图 6 底层横 向应力结果Fig．6 Resultofbottom transversestress篇篇、．— ≯1 莲— _ 一 — — —图 7 上部横 向应 力结 果Fig．7 Resultofuppertransversestress～ … 109一 l10— — l12一 l13114101— — 102．．．． ．— — 105-- - -一 106lO4489上述 应 力 值 变化 与 模 拟 试 验 各 层 的浇 筑状 态 相关 ，在 浇 筑 前 3h内 ，由于 浇 筑 高 度 较低 ，对 上 层 钢 衬 里 应 变 产 生 作 用 较 微 小 ；3h至 5．4h时 间 内 ，浇 筑 至 第 三 层 ，前 三 层 自密实 混凝 土 浇 筑 侧 压 力 作 用 于 钢 衬 里 ，产 生 恒定 的作 用 力 ，引起 钢 衬 里 发 生 轻 微 的 应 变 ，产生 稳 定 增 大 的 应 力 趋 势 。在 5．4h至 6．8h时 间 内 ，处 于第 三 浇 筑 层 的 暂停 阶 段 ，钢 衬 里应 力值 维 持 不变 ；在 6．8h时刻 开 始 浇 筑第 四层 ，且 此 时 刚好 浇 筑 至 应 变 监 测 点 位 置 ，浇 筑冲 击力 和 自密 实 混凝 土 侧 压 力 使 得 钢 衬 里 应力 发生 突 变 增 大 ，表 明 自密 实 混 凝 土 浇 筑 对浇 筑位 置 钢 衬 里 应 力 有 显 著 作 用 ；在 第 五 层浇 筑过 程 中 ，应 力 值 维 持 不 变 或 轻 微 降 低 ；浇筑 结束 后 (9．1h时 刻 )应 力 值 再 次 发 生 突 变增 大 ，且 达 到 最 大 值 ，随后 保 持 稳 定 ，并 轻 微增 大或 减 小 。2．3 竖 向应 力分析103、107、ll1、116等 4个 应 变 计 监 测钢 衬 里 竖 向 应 力 ，试 验 结 果 如 图 8所 示 ，103、111、1163个 应 变 点 的应 力 为 竖 向 正 应力 ，107应 变 点 的 应 力 为 竖 向 负 应 力 。 103应 变 点 的 标 高 为 1．24ITI，竖 向 应 力 在 浇 筑7．0h时 刻 发生 突 变增 大 ，在 浇 筑 9．1h时 刻再 次 发 生 突 变 增 大 ；107应 变 点 的 标 高 为0．9m，竖 向应 力 在 浇 筑 5．5h时 刻 之 前 匀速 增 大 ，在 浇 筑 6．8h时 刻 发 生 突 变 增 大 ，随后 竖 向应 力 值 基 本 维 持 稳 定 ；111应 变 点 的标 高 为 0．58m，竖 向应 力 在 浇筑 2．4h时 发生突变 增 大 ，随后 竖 向应 力 值 基 本 维 持 稳定 ；116应 变 点 的标 高 为 0rn。 由 图 8可 知 ，钢 衬 里 竖 向应 力 值 随 着 浇 筑层 高 的增 大 而增大 ，在 自密 实 混 凝 土 浇 筑 至 应 变 监 测 点 时 ，应力值 发 生 突变 并 增 大 ；对 于 底 部 的应 变 点 ，竖向应力 在 浇 筑 至 应 变 点 位 置 后 突 变 增 大 ，随后 基本 维 持 稳 定 ；底 面 的应 变 点 受 到 基 座 的制 约 ，在 自密 实 混 凝 土 浇 筑 过 程 中 ，几乎 没 有产 生 应 变 。490／厂、 一 f ～_l— J 一_： ! ： 号j ’ ’ 一 一 ’ … 一 Nn时 间，l1图 8 竖 向应 力 结 果 图Fig．8 Resultofvertica1stress— — 1O3107一 l1l— l162．4 两竖 向角钢 中心点 横 向应力应 变点 104和 112位 于两 个竖 向角钢 中间位置 ，图 9为两竖 向角钢 中心 点横 向应力结 果 。104和 112两 个 应 变 点 ，受 自密 实 混凝 土 侧 压力 作 用 ，发 生 横 向 拉 应 变 ，产 生 横 向 正 应 力 。104应变 点 的横 向正应 力 在 自密 实混 凝 土浇 筑至应 变 点 时发 生 突变增 大 ，随浇筑 高 度增 大 而增大 ，应力值 随浇筑 分 层情 况 而改 变 ；112应 变点 的横 向正应 力在 自密实 混凝 土浇筑 至应变 点时发生 突变增 大 ，由于受水 平 角钢 的约束 ，在 自密实 混凝 土 浇 筑高 度超 过 应 变点 后 ，横 向正 应力基本 维持 稳定 ，并 无 明显增 大 。“… ～}lf：二 — — — 厂 — 、h f …／ 、0 In n 0 n 0 r、ln n L、 ‘n0 H — n n 寸 In 卜 ∞ 。o n时间m图 9 两竖向角钢中心点横向应力结果Fig．9 Resultoftransversestressbetweentwoverticalanglestee1… ～ 104— — 1l22．5 竖 向角钢两侧 的横 向应 力101和 102、105和 106四个 应 变点 分别 位于竖 向角钢 的两 侧 ，其 中 101和 106两 个 应 变计 一端 紧贴竖 向角 钢上 ，图 10为竖 向角钢两 侧的横 向应力 结 果 。 由图 1O可知 ，101和 102、瑚 啪 m如 0 m啪 m瑚枷∞dl苣R目 ． ． ．O O O O O OO O O O O O5 0 5 O2 2 日1鲁 R1105和 106等 四个 应 变 计 监 测 到 横 向负 应 力 ，表 明该 处应 变 计发 生横 向压 应变 。在 自密实混凝 土 浇 筑 过程 中 ，钢衬 里 受 到 自密 实 混 凝 土 的流态 静 力 荷 载 ，两 个竖 向角 钢 中 间位 置 产 生 向外 侧 位移 的挠 度 ，竖 向角钢 上 固定有 拉杆 ，受 到拉 杆 的约 束 ，竖 向角 钢不 会 发 生 位 移 。应 变 计50．O0．0- 50．0名妾一100．0 _l50．0翻- 200．0- 250．0- 300．0_＼) n 寸 In 。o In o罄oN 暑＼ m…l一一一Il卅L时 间／h的一 端接 近竖 向角 钢 ，另 一端 远离 竖 向角钢 ，接近竖 向角 钢 的 一端 无 位 移变 化 ，而远 离竖 向角钢 的一端 由于受 到钢衬 里 向外侧 位移 挠度 的作用 ，使应 变 计 产 生压 应 变 ，承 受 压 应 力 ，101和102、105和 106 四 个 应 变 点 监 测 到 横 向 负应力 。500- 50一 lo1 星-l00 ～ … 102 -150— 200- 250- 300H 寸寸”、o 。o ；：墨 墨＼ 一 ～L。一 L 、图 1O 竖向角钢两侧的横 向应力结果Fig．10 Resultoftransversestresson both sidesoftheverticalanglesteel对 比位 于 同一 水平 高 度 的 101和 102、105和 106四个 应 变 点 应 力 值 ，101和 106应 变 点的应力 值 明显 大 于 102和 105，该 现 象 是 由于101和 106应 变 计 的 一 端 紧 贴 在 竖 向角 钢 上 ，受 到 钢 衬里 向外 侧 位移 挠 度 的作用 ，远 离竖 向角钢 一 端 产生 较 大 压 应 变 ，监测 的压 应 力 大 于距 竖 向角钢 稍 远 的应 变 点 (102和 105)。- 200．0— 25O．O＼1 一 一’ ” = ：2薯＼ “…^u…u …一＼L1 r ——． ．．— — 107一 108时 间／h图 1l 水 平 角 钢 两 侧 竖 向应 力 图Fig．11 Resultofverticalstressonbothsidesofhorizontalanglesteel2．6 水 平角 钢两 侧 竖向应 力107和 108应 变点分 别 位 于水 平 角 钢 上 下两侧 ，水 平 角 钢 距 浇 筑 底 面 0．705m，图 1l为水平 角钢 上 下 两 侧 的 竖 向应 力 结 果 。 由图 l1可知 ，107和 108应 变计 发 生 竖 向压 应 变 ，产 生竖 向负 应力 ，这是 由于 此两 个 应 变 点 位 于水 平— — 1O5一 lO6角钢两 侧 ，自密 实混 凝 土浇筑 过程 中 ，水 平角 钢受 到拉 杆 的约束 ，不 发生 位移 变化 ，而远 离水 平角钢位 置 钢衬里 受 到 自密 实混 凝 土的侧 压力 作用，产生向外侧位移 的挠度 ，从而使应变计产生压应 变 ，承受压 应力 ，监测 到 竖 向负应力 。107应 变 点位 于水 平 角 钢 上 侧 ，在 自密 实混凝 土 浇 筑 过程 中 ，水 平 角 钢上 部 钢 衬里 受 到自密 实 混 凝 土侧 压 力 作 用 ，产生 向外 侧位 移 的挠度 ；而 108应变点位于水平角钢下侧，受到水平角 钢和 基 座 的约 束 ，108应 变 点 位 置 产 生 的应力 显著 低 于 107应变 点 的应力 值 。水平 角钢对其 下侧 钢衬 里应 变具 有 明显 的改善 作用 。3 模拟试验钢衬里应变计算采 用 Sap2000有 限 元 分 析 软 件 进 行 建 模分 析 。本 次 计 算 考 虑 了 钢 衬 里 自身 强 度 、双向加 劲 角 钢 和 高 强 钢 拉 杆 的 相 互 作 用 ，钢 衬里 底 部 焊 接 处 设 置 为 固结 ，高 强 拉 杆 只 承 受水 平 拉 力 ，且 认 为 在 自身 中点 处 无 水 平 与 竖向位 移 ，加 劲 肋 与 钢 衬 里 板 间 固结 ，自密 实 混凝 土 重力 密 度 取 23．6kN／m。。钢 衬 里应 变 计算模型示意如 图 12所示 。计算结果如图 13所示 ，根据计算结果 ，自密实混凝土浇筑高度为 1．980rn时 ，钢衬里最大挠度 约 19．3mm，发 生 在两 根 竖 向 加劲 角 钢49】0 OO O∞ ∞0 O∞一 1 1日dJ∈

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