DE3617406A1 - Cylindrical concrete pressure vessel lined with a metallic liner - Google Patents

Abstract

The object of the invention is to specify an economic prestressing system for a concrete pressure vessel lined with a metallic liner and which is intended to accommodate a gas-cooled nuclear reactor of low power (approximately 10 to 20 MW). Most favourable economically would be a concrete pressure vessel with loose reinforcement, since the vessel then has the lowest rigidity. In the light of the high loading of the metallic liner by tensile strain, it is impossible to adopt this approach. It is therefore proposed to design the prestressing of the concrete pressure vessel in such a way that the permissible tensile strain of the liner is precisely observed. Two alternatives are specified for implementing the invention: the lower prestressing of the concrete pressure vessel is accomplished either by a smaller number of prestressing elements or by a lesser degree of prestressing of the individual prestressing elements.

Description

Die Erfindung betrifft einen mit einem metallischen Liner ausgekleideten zylindrischen Betondruckbehälter für einen gasgekühlten Kernreaktor niedriger Leistung mit einer Vielzahl von Bewehrungs- und Vorspannelementen.The invention relates to a lined with a metallic liner cylindrical concrete pressure vessel for a gas-cooled Low power nuclear reactor with a variety of Reinforcement and prestressing elements.

Ein derartiger Betondruckbehälter findet beispielsweise Verwendung für einen gasgekühlten Kernreaktor mit einer Leistung von etwa 10-20 MW, einen sogenannten Heizreaktor (beschrieben in den deutschen Patentanmeldungen P 35 18 968.1 und P 36 03 090.2). Die Beanspruchung dieses Betondruckbehälters entsteht einerseits aus dem Innendruck und andererseits aus der hohen Temperaturbelastung. Die Höhe der Temperaturbeanspruchung ergibt sich wiederum aus der Höhe der Temperatur - vor allem des Gradienten über die Behälterwand - und aus der Steifigkeit der Wand bzw. der Decke oder des Bodens des Betondruckbehälters. Seine höchste Steifigkeit hat der Betondruckbehälter bei voller Vorspannung (volle Vorspannung bedeutet, daß alle aus dem Behälterinnendruck und den übrigen Lasten resultierenden Zugkräfte von den Vorspannelementen aufgenommen werden und die resultierende Beanspruchung Druckspannungen in der Betonkonstruktion hervorruft). Diese Art der Vorspannung, die bei größeren Reaktordruckbehältern angewandt wird, ist für einen Betondruckbehälter der eingangs beschriebenen Art sehr unwirtschaftlich. Bei Fehlen jeglicher Vorspannung besitzt der Betondruckbehälter die geringste Steifigkeit. Dieser Fall läßt sich jedoch nicht realisieren, da hierbei die zulässige Zugdehnung des metallischen Liners überschritten würde.Such a concrete pressure vessel is used, for example, for a gas-cooled nuclear reactor with an output of approximately 10-20 MW , a so-called heating reactor (described in German patent applications P 35 18 968.1 and P 36 03 090.2). The stress on this concrete pressure vessel arises on the one hand from the internal pressure and on the other hand from the high temperature load. The level of the temperature stress results in turn from the level of the temperature - especially the gradient across the container wall - and from the rigidity of the wall or the ceiling or the bottom of the concrete pressure vessel. The concrete pressure vessel has its highest rigidity at full prestressing (full prestressing means that all tensile forces resulting from the internal pressure of the container and the other loads are absorbed by the prestressing elements and the resulting stress causes compressive stresses in the concrete structure). This type of preload, which is used in larger reactor pressure vessels, is very uneconomical for a concrete pressure vessel of the type described at the beginning. In the absence of any preload, the concrete pressure vessel has the least rigidity. However, this case cannot be realized, since this would exceed the permissible tensile elongation of the metallic liner.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Betondruckbehälter der eingangs beschriebenen Bauart mit einem wirtschaftlichen Vorspannsystem anzugeben.The object of the present invention is a concrete pressure vessel the type described at the beginning with an economic Specify preload system.

Gemäß der Erfindung ist die Lösung der gestellten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des Betondruckbehälters so ausgelegt ist, daß die zulässige Zugdehnung ε _L des Liners gerade eingehalten wird.According to the invention, the solution to the problem is characterized in that the prestressing of the concrete pressure vessel is designed such that the permissible tensile strain ε _{L of} the liner is just maintained.

Der Betondruckbehälter steht also nicht unter voller Vorspannung; er weist damit eine geringere Steifigkeit auf, so daß auch seine Temperaturbeanspruchung verringert ist. In der Behälterwand auftretende Risse bleiben unter der zulässigen Grenze.The concrete pressure vessel is therefore not under full prestress; he has a lower rigidity, so that its temperature stress is also reduced. In the container wall Cracks that occur remain below the permissible Border.

Bei einer ersten Ausführungsvariante wird die geforderte Vorspannung durch die Variation der Anzahl der Vorspannelemente realisiert. Hierbei muß die Anzahl der Vorspannelemente für den Wandquerschnitt so gewählt werden, daß die Linerdehnungen der BedingungIn a first embodiment variant, the required preload by varying the number of prestressing elements realized. Here the number of prestressing elements for the wall cross-section should be chosen so that the linear expansion the condition

genügen. Darin bedeuten: are enough. Where:  

ε _L  die durch Innendruck P, Temperatur ϑ hervorgerufene Zugdehnung des Liners (d. h. die aus P, ϑ und V resultierende Zugdehnung),
δ _L  die infolge von P, ϑ und V auf den Liner ausgeübte Zugspannung,
E der von der Temperatur abhängige Elastizitätsmodul des Liners. ε _{L is} the tensile elongation of the liner caused by internal pressure P , temperature ϑ (ie the tensile elongation resulting from P , ϑ and V ),
δ _{L is} the tensile stress exerted on the liner as a result of P , ϑ and V ,
E is the elastic modulus of the liner depending on the temperature.

Wenn z. B. in einem bestimmten Querschnitt der Wand in Umfangsrichtung die infolge des Innendrucks P und der Temperatur ϑ auf den Liner einwirkende Zugspannung δ _L so groß ist, daß die zulässige Zugdehnung e _L des Liners überschritten wird, muß der Wandquerschnitt eine Vorspannung erhalten, die die Einhaltung der oben angegebenen Bedingungen gewährleistet.If e.g. B. in a certain cross-section of the wall in the circumferential direction, the tensile stress δ _L acting on the liner due to the internal pressure P and the temperature ϑ is so great that the permissible tensile elongation e _{L of} the liner is exceeded, the wall cross-section must receive a pretension that the Compliance with the above conditions guaranteed.

Über den Wandquerschnitt muß auch noch für eine optimale Anordnung der Vorspannelemente gesorgt werden. Eine solche Anordnung liegt vor, wenn die Vorspannelemente derart im Wandquerschnitt verteilt sind, daß sich für diesen Querschnitt die geringste Biegesteifigkeit ergibt. Bei einem Wandquerschnitt in Umfangsrichtung ist die optimale Anordnung der Vorspannelemente z. B. dann gegeben, wenn sich das Vorspannelement in der Mitte befindet, da dann die Biegefestigkeit des Querschnitts am kleinsten ist. (Die Dehnsteifigkeit des Querschnitts wird von der Lage der Vorspannelemente nicht beeinflußt.) About the wall cross section must also for an optimal arrangement the biasing elements are taken care of. Such an arrangement is present when the prestressing elements in the wall cross section are distributed that the smallest for this cross-section Flexural rigidity results. With a wall cross-section in the circumferential direction is the optimal arrangement of the biasing elements z. B. given when the pretensioning element is in the middle, because then the bending strength of the cross section is the smallest is. (The tensile stiffness of the cross section depends on the location the pre-tensioning elements are not affected.)  

Bei einer zweiten Ausführungsvariante wird die erforderliche Vorspannung des Betondruckbehälters nicht über die Anzahl der Vorspannelemente eingestellt, sondern sie wird über den Grad der Vorspannung der einzelnen Vorspannelemente gesteuert. Das heißt die Vorspannelemente werden nicht, wie üblich, bis zur zulässigen Grenze, sondern mit einem geringeren Grad vorgespannt. Der Grenzfall - schlaff eingelegte Spannelemente ohne Vorspannung - muß allerdings im Hinblick auf die zu hohe Belastung des Liners durch Zugdehnung ausgeschlossen bleiben.In a second variant, the required Preload of the concrete pressure vessel does not exceed the number of Prestressing elements set, but it is about the degree the bias of the individual biasing elements controlled. This means the biasing elements are not, as usual, up to the permissible Limit, but biased to a lesser degree. The limit case - slackly inserted clamping elements without pretension - However, in view of the excessive load on the Liners remain excluded due to tensile expansion.

Claims (4)

1. Mit einem metallischen Liner ausgekleideter zylindrischer Betondruckbehälter für einen gasgekühlten Kernreaktor niedriger Leistung mit einer Vielzahl von Bewehrungs- und Vorspannelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des Betondruckbehälters so ausgelegt ist, daß die zulässige Zugdehnung ε _L des Liners gerade eingehalten wird.1. With a metallic liner lined cylindrical concrete pressure vessel for a gas-cooled nuclear reactor low power with a variety of reinforcement and prestressing elements, characterized in that the bias of the concrete pressure vessel is designed so that the allowable tensile strain ε _{L of} the liner is just maintained. 2. Zylindrischer Betondruckbehälter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Anzahl von Vorspannelementen, daß die Bedingung für den Wandquerschnitt erfüllt ist, wobei bedeuten:ε _L  die durch Innendruck P, Temperatur ϑ und Vorspannung V hervorgerufene Zugdehnung des Liners,
σ _L  die infolge von P, ϑ und V auf den Liner ausgeübte Zugspannung,
E der von der Temperatur abhängige Elastizitätsmodul des Liners.2. Cylindrical concrete pressure vessel according to claim 1, characterized by such a number of prestressing elements that the condition for the wall cross-section is fulfilled, where: ε _{L is} the tensile elongation of the liner caused by internal pressure P , temperature ϑ and prestress V ,
σ _{L is} the tensile stress exerted on the liner as a result of P , ϑ and V ,
E is the elastic modulus of the liner depending on the temperature. 3. Zylindrischer Betondruckbehälter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine derartige Verteilung der Vorspannelemente im Wandquerschnitt, daß sich für den Wandquerschnitt die geringste Biegesteifigkeit ergibt.3. Cylindrical concrete pressure vessel according to claim 2, characterized by such a distribution of the biasing elements in the wall cross section that for the wall cross section gives the least bending stiffness. 4. Zylindrischer Betondruckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des Betondruckbehälters über den Grad der Vorspannung der einzelnen Vorspannelemente eingestellt ist.4. Cylindrical concrete pressure vessel according to claim 1, characterized characterized in that the preload of the concrete pressure vessel about the degree of prestressing of the individual prestressing elements is set.