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核島安全殼截錐體中模擬澆筑自密實混凝土時鋼襯里的應力監測與分析

文檔作者：裴新意，余兵，王輝誠，王景平，孫雨文檔來源： 1 中廣核工程有限公司 2 中國冶金研究總院有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年04月13日
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第 35卷 第 3期2015年 9月核 科 學NuclearScience與 工 程and EngineeringVo1．35 NO．3Sep．2015核 島安全 殼截錐體 中模擬澆筑 自密實混凝 土 時鋼 襯 里 的應 力 監測 與分 析裴新意 ，余 兵 ，王輝誠 ，王景平 ，孫 雨(1 中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124；2 中國冶金研究總院有 限公司 ，北京 100088)摘 要 ：為保障 自密實混凝 土澆筑過程 中核 島安全殼 的完整性 和穩定性 ，建立 了安全殼截 錐體 的同尺寸 1／8模 型，進行 自密實混凝 土現場 澆筑 ，并對 其中鋼襯里 表面 的應 力進行監測 和模擬計 算 。研究結 果表明 ，隨著 自密實混凝土澆筑高度 的增加 ，鋼襯里所受應力 逐漸增大 ，在 澆筑至應變 點位置時 ，鋼襯 里應力值 發生突增 ；而采用水平角鋼加 固后對鋼襯里橫 向和豎 向表面應力都具有明顯的改善作用 。關鍵詞 ：安全殼截錐體 ；自密實混凝土 ；鋼襯里 ；應力中圖分 類號 ：TU33．6 文獻標志碼 ：A 文章編號 ：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自密實混凝 土具 有高 流動性 、均 勻性 、穩定性 ，澆筑 時無需 外 力振搗 ，能夠 在 自重作用 下流動 并充滿 模板 空間 的混凝 土 。 自密實 混凝 土流動性好 ，具有 免振 搗特性 ，對減 輕工 人勞動 強收稿 日期 ：2015-01—17；修 回 日期 ：2015—08—27基金項 目：國家十二五科技支撐計劃項 目(2011BAE27B02—3)作者簡介 ：裴新意(1981一 )，男 ，工程師 ，從事核電工程混凝土質量管理和核 電工程混凝土材料研究486澆筑 時 間 為 0．72h，2．85h完 成 第 二 層 澆筑 ，再靜 停 1．55 h。從 圖 6可 知 ，109、110、112、ll3、114等 5個 應變 點 的應力 值在 0．8h時 ，應力 絕對 值均 突然 增 大 ，然 后 維持 穩 定 至 2．8h，之 后 又 突 變 增 大 ，并 維 持 穩 定 至 澆 筑 結 束(10h)。應 力絕對 值 的變 化 與 自密實 混 凝 土澆筑 狀 態 密切 相 關 ，自密 實 混凝 土 澆 筑 至應 變 監測 點位 置 (0．8h)時 ，鋼襯里 就 發 生 了相 應 的應變 ，產 生應 力 ，0．8h至 2．8h之 間 的穩 定狀 態 ，表 明第 一層 澆 筑后 的靜停 期 和第 二層 澆筑 期應力 值保 持穩 定 ，在 2．8h之 后 ，第 二澆 筑 層 自密實混凝 土 的側 壓力 對鋼 襯里 作用 ，產 生 了應變 ，應 力 值突 變 并 增 大 。2．8h至 10h之 間 ，鋼 襯里應 力 基 本 維持 恒 定 ，表 示 澆 筑高 度 超 出應變監 測 點位 置后 ，受水 平 角鋼 和基 座結 構 的約束 ，應 變 點 位 置 鋼 襯里 產 生 的應 力 基 本 不 變 ，鋼襯里 自身 的加 固體 系與 自密 實混凝 土 流體靜 力 荷載 處 于平 衡 狀 態 ，后 期 自密 實 混凝 土 的澆 筑 對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該 位置 鋼襯 里應 力應 變無 明顯 影 響 。2．2 上部 橫 向應 力結果 分析101、102、104、105、106等 5個 應 變監 測 點位 于模 型 上部 ，處 于 同一 水平 ，距澆 筑底 面距 離為 1．2m，介于 第三 澆筑 層 與第 四澆 筑層 之 間 ，監測 鋼 襯 里橫 向應 力 ，圖 7為上 部 橫 向應 力 結果 圖 。由 圖 7可 知 ，1O1、102、105、106等 4個應 變 監 測 點 的應 力 值 為 負值 ，表 明該應 變 計 受到壓 應力 ；104應 變監 測 點 的應 力 值 為正 值 ，表明該應 變 計 受 到 拉 應 力 。在 澆 筑 前 3h內 ，應力值 較小 ，有較 小 波動 ；3h至 5．4h時間 內 ，應力值 穩定 增加 ，5．4h至 6．8h內應力 值基本 維持不 變 ，在 6．8h時刻 5個 應 變監 測 點 應 力 值均 發生 突變增 大 ，然后 維持 不變 或輕微 降低 ，至9．1h時刻 5個應 變 點 監 測值 再 次 發 生 突變 增大 ，隨后 應力 值 保 持 穩定 ，且輕 微 增 大 或 減 小 。101、104、106監 測 點 的最 大 應 力 為 223MPa、220MPa、238MPa，出現 在澆 筑 9．2h時刻 。時間m圖 6 底層橫 向應力結果Fig．6 Resultofbottom transversestress篇篇、．— ≯1 蓮— _ 一 — — —圖 7 上部橫 向應 力結 果Fig．7 Resultofuppertransversestress～ … 109一 l10— — l12一 l13114101— — 102．．．． ．— — 105-- - -一 106lO4489上述 應 力 值 變化 與 模 擬 試 驗 各 層 的澆 筑狀 態 相關 ，在 澆 筑 前 3h內 ，由于 澆 筑 高 度 較低 ，對 上 層 鋼 襯 里 應 變 產 生 作 用 較 微 小 ；3h至 5．4h時 間 內 ，澆 筑 至 第 三 層 ，前 三 層 自密實 混凝 土 澆 筑 側 壓 力 作 用 于 鋼 襯 里 ，產 生 恒定 的作 用 力 ，引起 鋼 襯 里 發 生 輕 微 的 應 變 ，產生 穩 定 增 大 的 應 力 趨 勢 。在 5．4h至 6．8h時 間 內 ，處 于第 三 澆 筑 層 的 暫停 階 段 ，鋼 襯 里應 力值 維 持 不變 ；在 6．8h時刻 開 始 澆 筑第 四層 ，且 此 時 剛好 澆 筑 至 應 變 監 測 點 位 置 ，澆 筑沖 擊力 和 自密 實 混凝 土 側 壓 力 使 得 鋼 襯 里 應力 發生 突 變 增 大 ，表 明 自密 實 混 凝 土 澆 筑 對澆 筑位 置 鋼 襯 里 應 力 有 顯 著 作 用 ；在 第 五 層澆 筑過 程 中 ，應 力 值 維 持 不 變 或 輕 微 降 低 ；澆筑 結束 后 (9．1h時 刻 )應 力 值 再 次 發 生 突 變增 大 ，且 達 到 最 大 值 ，隨后 保 持 穩 定 ，并 輕 微增 大或 減 小 。2．3 豎 向應 力分析103、107、ll1、116等 4個 應 變 計 監 測鋼 襯 里 豎 向 應 力 ，試 驗 結 果 如 圖 8所 示 ，103、111、1163個 應 變 點 的應 力 為 豎 向 正 應力 ，107應 變 點 的 應 力 為 豎 向 負 應 力 。 103應 變 點 的 標 高 為 1．24ITI，豎 向 應 力 在 澆 筑7．0h時 刻 發生 突 變增 大 ，在 澆 筑 9．1h時 刻再 次 發 生 突 變 增 大 ；107應 變 點 的 標 高 為0．9m，豎 向應 力 在 澆 筑 5．5h時 刻 之 前 勻速 增 大 ，在 澆 筑 6．8h時 刻 發 生 突 變 增 大 ，隨后 豎 向應 力 值 基 本 維 持 穩 定 ；111應 變 點 的標 高 為 0．58m，豎 向應 力 在 澆筑 2．4h時 發生突變 增 大 ，隨后 豎 向應 力 值 基 本 維 持 穩定 ；116應 變 點 的標 高 為 0rn。 由 圖 8可 知 ，鋼 襯 里 豎 向應 力 值 隨 著 澆 筑層 高 的增 大 而增大 ，在 自密 實 混 凝 土 澆 筑 至 應 變 監 測 點 時 ，應力值 發 生 突變 并 增 大 ；對 于 底 部 的應 變 點 ，豎向應力 在 澆 筑 至 應 變 點 位 置 后 突 變 增 大 ，隨后 基本 維 持 穩 定 ；底 面 的應 變 點 受 到 基 座 的制 約 ，在 自密 實 混 凝 土 澆 筑 過 程 中 ，幾乎 沒 有產 生 應 變 。490／廠、 一 f ～_l— J 一_： ! ： 號j ’ ’ 一 一 ’ … 一 Nn時 間，l1圖 8 豎 向應 力 結 果 圖Fig．8 Resultofvertica1stress— — 1O3107一 l1l— l162．4 兩豎 向角鋼 中心點 橫 向應力應 變點 104和 112位 于兩 個豎 向角鋼 中間位置 ，圖 9為兩豎 向角鋼 中心 點橫 向應力結 果 。104和 112兩 個 應 變 點 ，受 自密 實 混凝 土 側 壓力 作 用 ，發 生 橫 向 拉 應 變 ，產 生 橫 向 正 應 力 。104應變 點 的橫 向正應 力 在 自密 實混 凝 土澆 筑至應 變 點 時發 生 突變增 大 ，隨澆筑 高 度增 大 而增大 ，應力值 隨澆筑 分 層情 況 而改 變 ；112應 變點 的橫 向正應 力在 自密實 混凝 土澆筑 至應變 點時發生 突變增 大 ，由于受水 平 角鋼 的約束 ，在 自密實 混凝 土 澆 筑高 度超 過 應 變點 后 ，橫 向正 應力基本 維持 穩定 ，并 無 明顯增 大 ?！啊?～}lf：二 — — — 廠 — 、h f …／ 、0 In n 0 n 0 r、ln n L、 ‘n0 H — n n 寸 In 卜 ∞ 。o n時間m圖 9 兩豎向角鋼中心點橫向應力結果Fig．9 Resultoftransversestressbetweentwoverticalanglestee1… ～ 104— — 1l22．5 豎 向角鋼兩側 的橫 向應 力101和 102、105和 106四個 應 變點 分別 位于豎 向角鋼 的兩 側 ，其 中 101和 106兩 個 應 變計 一端 緊貼豎 向角 鋼上 ，圖 10為豎 向角鋼兩 側的橫 向應力 結 果 。 由圖 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魯 R1105和 106等 四個 應 變 計 監 測 到 橫 向負 應 力 ，表 明該 處應 變 計發 生橫 向壓 應變 。在 自密實混凝 土 澆 筑 過程 中 ，鋼襯 里 受 到 自密 實 混 凝 土 的流態 靜 力 荷 載 ，兩 個豎 向角 鋼 中 間位 置 產 生 向外 側 位移 的撓 度 ，豎 向角鋼 上 固定有 拉桿 ，受 到拉 桿 的約 束 ，豎 向角 鋼不 會 發 生 位 移 。應 變 計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時 間／h的一 端接 近豎 向角 鋼 ，另 一端 遠離 豎 向角鋼 ，接近豎 向角 鋼 的 一端 無 位 移變 化 ，而遠 離豎 向角鋼 的一端 由于受 到鋼襯 里 向外側 位移 撓度 的作用 ，使應 變 計 產 生壓 應 變 ，承 受 壓 應 力 ，101和102、105和 106 四 個 應 變 點 監 測 到 橫 向 負應力 。500- 50一 lo1 星-l00 ～ … 102 -150— 200- 250- 300H 寸寸”、o 。o ；：墨 墨＼ 一 ～L。一 L 、圖 1O 豎向角鋼兩側的橫 向應力結果Fig．10 Resultoftransversestresson both sidesoftheverticalanglesteel對 比位 于 同一 水平 高 度 的 101和 102、105和 106四個 應 變 點 應 力 值 ，101和 106應 變 點的應力 值 明顯 大 于 102和 105，該 現 象 是 由于101和 106應 變 計 的 一 端 緊 貼 在 豎 向角 鋼 上 ，受 到 鋼 襯里 向外 側 位移 撓 度 的作用 ，遠 離豎 向角鋼 一 端 產生 較 大 壓 應 變 ，監測 的壓 應 力 大 于距 豎 向角鋼 稍 遠 的應 變 點 (102和 105)。- 200．0— 25O．O＼1 一 一’ ” = ：2薯＼ “…^u…u …一＼L1 r ——． ．．— — 107一 108時 間／h圖 1l 水 平 角 鋼 兩 側 豎 向應 力 圖Fig．11 Resultofverticalstressonbothsidesofhorizontalanglesteel2．6 水 平角 鋼兩 側 豎向應 力107和 108應 變點分 別 位 于水 平 角 鋼 上 下兩側 ，水 平 角 鋼 距 澆 筑 底 面 0．705m，圖 1l為水平 角鋼 上 下 兩 側 的 豎 向應 力 結 果 。 由圖 l1可知 ，107和 108應 變計 發 生 豎 向壓 應 變 ，產 生豎 向負 應力 ，這是 由于 此兩 個 應 變 點 位 于水 平— — 1O5一 lO6角鋼兩 側 ，自密 實混 凝 土澆筑 過程 中 ，水 平角 鋼受 到拉 桿 的約束 ，不 發生 位移 變化 ，而遠 離水 平角鋼位 置 鋼襯里 受 到 自密 實混 凝 土的側 壓力 作用，產生向外側位移 的撓度 ，從而使應變計產生壓應 變 ，承受壓 應力 ，監測 到 豎 向負應力 。107應 變 點位 于水 平 角 鋼 上 側 ，在 自密 實混凝 土 澆 筑 過程 中 ，水 平 角 鋼上 部 鋼 襯里 受 到自密 實 混 凝 土側 壓 力 作 用 ，產生 向外 側位 移 的撓度 ；而 108應變點位于水平角鋼下側，受到水平角 鋼和 基 座 的約 束 ，108應 變 點 位 置 產 生 的應力 顯著 低 于 107應變 點 的應力 值 。水平 角鋼對其 下側 鋼襯 里應 變具 有 明顯 的改善 作用 。3 模擬試驗鋼襯里應變計算采 用 Sap2000有 限 元 分 析 軟 件 進 行 建 模分 析 。本 次 計 算 考 慮 了 鋼 襯 里 自身 強 度 、雙向加 勁 角 鋼 和 高 強 鋼 拉 桿 的 相 互 作 用 ，鋼 襯里 底 部 焊 接 處 設 置 為 固結 ，高 強 拉 桿 只 承 受水 平 拉 力 ，且 認 為 在 自身 中點 處 無 水 平 與 豎向位 移 ，加 勁 肋 與 鋼 襯 里 板 間 固結 ，自密 實 混凝 土 重力 密 度 取 23．6kN／m。。鋼 襯 里應 變 計算模型示意如 圖 12所示 。計算結果如圖 13所示 ，根據計算結果 ，自密實混凝土澆筑高度為 1．980rn時 ，鋼襯里最大撓度 約 19．3mm，發 生 在兩 根 豎 向 加勁 角 鋼49】0 OO O∞ ∞0 O∞一 1 1日dJ∈

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