och deras betydelse för reaktorinneslutningens funktion Lunds Tekniska Högskola

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "och deras betydelse för reaktorinneslutningens funktion Lunds Tekniska Högskola"

Åke Blomqvist
för 7 år sedan
Visningar:

1 Spännarmerade konstruktioner kti och deras betydelse för reaktorinneslutningens funktion Sven Thelandersson Sven Thelandersson Lunds Tekniska Högskola

2 Disposition Spännarmering i reaktorinneslutningar Spännarmerad betong allmän funktion Förspänningsförluster och hur de kan övervakas Konsekvenser vid ökande belastning Slutsatser 2

3 Svenska reaktorinneslutningar BWR PWR En tätplåt (täckt av betong) för att förhindra läckage finns installerad på insidan i samtliga fall 3

4 Principiell layout av spännkabelsystem 4

5 Spännkablarnas funktion i inneslutningen Inre övertryck Betongtryckspänning påförd genom förspänning Dragspänning gp ggenererad av inre övertryck 5

6 Vad händer vid ökande övertryck? Inre övertryck Betongen spricker Betongdragspänning Betongtryck pga förspänning Betongens draghållfasthet 6

7 Effekt av förspänningsförluster? Inre övertryck Betongen spricker Betongdragspänning Betongtryck efter förspänningsförluster Betongens draghållfasthet 7

8 Slutsatser från stickprovsmätningar i svenska kärnkraftverk med oinjekterade spännkablar Förluster efter trettiotti år är 5-10 % av initialvärdetiti t Detta är signifikant lägre än vad som antogs vid usrsprunglig dimensionering Huvuddelen av förlusterna har uppstått 2-6 år efter initiell uppspänning 8

9 Normal reinforcement Pre-stressed Structural Engineering - Lund University 9

10 Pre-tensioning Hydraulic jack Beam no 1 Beam no 2 Anchor head Tendons Abutment Pre-tension (mainly for factory production) Structural Engineering - Lund University 10

11 Post-tensioning is mainly used for on-site production Tendons may be: Bonded (grout injection) Nonbonded (grease) Lina Kilning Structural Engineering - Lund University 11

12 Ur artikel från 1959 om BBRV-systemet Passivt ankare Domkraft fästes här Längd på kablar måste anges i förväg Trådar stukas i ändarna Låsmutter som skruvas in mot ankarplatta Structural Engineering - Lund University 12

13 BBRV n steel wires 6mm n=12,22,32 or 44 Freyssinet n strands 13/16 mm n= 6 or 12 Structural Engineering - Lund University 13

14 VSL, n strands 13/16 mm, n=3, 7 or 12 Passive anchorage Structural Engineering - Lund University 14

15 Förspänningssystem installerade i svenska kärnkraftverk (Källa: Lundqvist 2012) 15

16 Effekter av krökta förspänningskablar Contact pressure acting on tendons from concrete Structural Engineering - Lund University 16

17 Friction losses Friction between tendons and duct means that the force applied at the end will be reduced in interior sections Structural Engineering - Lund University 17

18 Friction losses Friction between cables and cable duct can be described by: P s P max e ( kx) EC2-1-1: k=0.01 m -1 =0.19 = the accumulated absolute value of the angular displacement along s x =distance along the cable from the active end to the section of interest Structural Engineering - Lund University 18

19 Tensioning and anchorage losses Dead end anchorage When the tendon is locked (by wedges) at the active end some losses of force occur Deliberate (?) reduction of stress Initial tension force Loss due to friction Effective prestress force Loss due to shrinkage, creep and relaxation Structural Engineering - Lund University 19

20 Time dependent losses The stress in the tendons decreases with time due to shrinkage and creep of concrete and relaxation of the steel collectively referred to as long-term loss of prestress, normally due to: 1. Concrete shrinkage, 2. Concrete creep, 3. Relaxation of steel Formulas for calculation of long term prestress loss given in Eurocode (EN , ) Structural Engineering - Lund University 20

21 More advanced prediction models Concrete, creep and shrinkage ACI 209 Model B3 GL2000 CEB/FIP Model Code 1990 and1999 Tendons, relaxation Eurocode 2 See PhD-thesis by Peter Lundqvist

22 Results Lundqvist P., Nilsson L-O. Evaluation of prestress losses in nuclear reactor containments. Nuclear Eng. Design 241 (2011), Models vs. measured losses for the vertical tendons at Forsmark

23 Hur kan förspänningsförluster följas upp i reaktorinneslutningarna? 1. Kablar utan injektering Återstående förspänning kan mätas genom lift-off tester i stickprovskontroller men uppmätt kraft är osäker eftersom metoden kan ge fel värde mätningen vid kabeländen är inte nödvändigtvis representativ för förspänningen i längs hela kabeln (pga. friktion, längsvariation av förluster) Denna metodik kan överskatta spännkraften 23

24 Hur kan förspänningsförluster följas upp i reaktorinneslutningarna? 2. Injekterade kablar Återstående förspänning kan inte mätas direkt. Möjliga metoder är: Teoretiska beräkningar som dock är otillräckligt verifierade särskilt för krökta kablar och de geometrier och temperaturförhållanden som är aktuella. Icke-förstörande metoder. Finns ingen idag som är redo för praktisk implementering. Lundqvist P., Ryden N. (2012). Acoustoelastic effects on the resonance frequencies of concrete beams. NDT&E International 50,

25 Hur kan man försäkra sig om att man har hophållande krafter i betongen vid alla diskontinuiteter i förspänningssystemet?? Horisontella kablar Vertikala kablar Forsmark 3 25

26 Vad blir konsekvensen av att betongen i inneslutningen spricker? Sprickor kan uppstå i betonginneslutningen om det inre övertrycket ger dragspänningar som överskrider draghållfastheten Risken för detta ökar med ökande förspänningsförluster Risken för betongsprickor är troligen störst vid diskontinuiteter och genomföringar Den viktigaste funktionen är inneslutningens täthet som är beroende av tätplåten Sprickor i betongen innebär inte att tätheten omedelbart äventyras Men om betongen spricker så innebär det större påfrestningar på tätplåten vid fortsatt tryckökning Hur stor ytterligare belastning tål tätplåten efter att betongen spruckit? 26

27 Trycktest av inneslutning i skala 1:4 (Sandia 1:4) Försöket avbröts när globala medeltöjningen i plåten var 0,4 % (i horisontalled, tunnbandseffekt ) Detta inträffade vid belastningen 3,3 gånger designtrycket Då var läckaget så stort att man inte längre kunde öka inre trycket Läckage i tätplåten startade tidigare Otätheter uppstod huvudsakligen vid svetsar och förankringar 27

28 Jämförelse med stålets spänning-töjningssamband 0,17% 0,4 % GPa Tentativ slutsats: Stor risk för läckage om stålet i tätplåten flyter. Varför kan man bara utnyttja en mindre del av stålets töjningsförmåga? 28

29 Lokalisering av töjning i tätplåten Oregelbundenheter i tätplåten vid svetsar, förankringar, tjockleksvariationer, genomföringar och betongsprickor innebär att töjningen lokaliseras till mindre områden där sprickor i plåten som ger läckage kan uppstå vid måttlig tryckökning Sådana effekter är antagligen mer accentuerade i skalförsöken än i fullskala. Källa: Andersson P. Structural Integrity of Prestressed Nuclear Reactor Containments. Doktorsavhandling, Lunds Tekniska Högskola, TVBK-1035, Lund 29

30 Slutsatser Förluster av spännkraft innebär att betongen kan spricka tidigare Hittillsvarande förluster som kunnat observeras i stickprov är måttliga Mätningar med lift-off teknik kan vara osäkra och ger bara information om spännkraft vid aktiv ände Kvarvarande kraft i injekterade kablar är fortfarande svår att bestämma Förspänningssystemets effektivitet är osäker vid diskontinuiteter i inneslutningen

31 Slutsatser, forts. Risken för sprickor i betongen ökar vid förlust av spännkraft Detta innebär dock inte nödvändigtvis att läckage uppstår Läckage uppstår först när tätplåtens integritet äventyras Läckage uppstår i tätplåten om den utsätts för stor töjning Sådan töjning lokaliseras till kritiska punkter, vilket gör att stålets töjningskapacitet inte kan utnyttjas (resultat från analys av Sandiaförsök) Denna lokaliseringseffekt finns också i fullskaliga inneslutningar men är troligen där mindre 31

32 Fortsatt forskning några tankar Analysera tillförlitligheten hos lift-off tester som används för inneslutningar med oinjekterade kablar (ger indirekt information av värde också för prediktion av injekterade kablar med teoretiska modeller) Undersök hur förspänningseffekten fungerar vid diskontinuiteter i spännsystemet Studera systemkonsekvenserna k av att enstaka spännkablar slås ut eller får signifikant reducerad spännkraft. Studera konsekvenser för inneslutningens täthet av sprickor i betongen ytterliggare (tätplåtens funktion vid överbelastning) 32

33 Tack för uppmärksamheten!

Relevanta dokument

FÖRSPÄNNINGSSYSTEMEN I DE SVENSKA REAKTORINNESLUTNINGARNA

FÖRSPÄNNINGSSYSTEMEN I DE SVENSKA REAKTORINNESLUTNINGARNA RAPPORT 2018:543 BETONGTEKNISKT PROGRAM KÄRNKRAFT Förspänningssystemen i de svenska reaktorinneslutningarna GABRIEL BARSLIVO ISBN 978 91 7673