反应堆单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳及其施工方法技术

本发明专利技术提出一种单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳，属于核电工程结构技术领域。本安全壳结构包括筒身和穹顶，皆采用单内侧钢板超高性能混凝土结构，在钢板外表面通过焊接均匀固定多个呈斜交或正交排列T型加劲肋、栓钉和抗剪筋，T型加劲肋腹板可采用实腹或空腹，抗剪筋通过设在其顶部的直螺纹锚固板与安全壳墙体外侧的钢筋网的双向钢筋交点进行固定。穹顶考虑永临结合预留孔设计，盖板和开孔处通过环型法兰及高强螺栓进行连接和拆卸。安全壳采用模块化设计建造方法，单侧钢板及T型加劲肋可代替部分超高性能混凝土浇筑模板。采用本发明专利技术可保证安全壳内承压和密封要求，防外部事件和大飞机撞击，且具有显著的工程经济性。

【技术实现步骤摘要】
反应堆单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳及其施工方法
本专利技术涉及一种反应堆单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳及其施工方法，属于核电结构工程

技术介绍
安全壳是核电厂中极其重要的结构，反应堆、压力容器、蒸发器、安全级管道都在安全壳中，它属于核电厂第三道安全屏障。安全壳是核安全相关结构，属于抗震I类构件，要考虑安全壳内一回路事故工况下温升和内压下的承压和密封性，也要考虑抵御大型商用飞机撞击及其他外部事件作用。常用的核电厂安全壳都是双层壳体结构，内壳采用纯钢壳或者预应力混凝土壳体以保证承受内压和密封性，避免放射性外泄；外壳通常采用较厚截面的钢筋混凝土壳体以抵御大飞机撞击作用，双层安全壳之间留出一定距离以保证外壳在飞机撞击产生破坏和变形时不至于影响到内部安全级设备和系统。但是双壳造价高昂，且工艺复杂，施工过程缓慢，极大的拖累了建造工期和工程经济性。因此，亟须提出一种高性能的单层安全壳结构形式，以解决上述问题，且安全功能不能降低，即既要保证事故内压下密封，也要保证正常工作压力下混凝土不开裂，同时还要保证飞机撞击时不对内部核级管道和设备产生影响。超高性能混凝土(即UHPC)具有超高的抗压、抗拉强度、韧性、可靠性、耐久性等优点，在重要性极高的核电安全壳结构中采用超高性能混凝土作为普通混凝土替代物，与单侧钢板形成整体，即单侧钢板超高性能混凝土结构(即HSUHPC)，可大大提高安全壳结构的可靠性、耐久性、承压密封性、抗冲击性能及抗震性能。同时由于核电大件设备多且到场时间往往不一致，且施工期间设备安装对内部环境要求较高，须满足安全壳临时的密封性和壳内的清洁区要求，后续大件设备也存在寿期内检修和更换问题。因此，也亟须对安全壳穹顶提出一种永临结合开孔设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种反应堆单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳及其施工方法，以克服已有技术的缺点，使安全壳的安全功能不能降低，即保证事故内压下密封，也保证正常工作压力下混凝土不开裂，同时还要保证飞机撞击时不对内部核级管道和设备产生影响。本专利技术提出的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳，由下部的筒身部分和上部的穹顶部分组成，筒身和穹顶采用单侧钢板超高性能混凝土结构；所述的钢板设在安全壳内侧，呈斜交或正交网格状排布的T型加劲肋、栓钉和抗剪筋均布于钢板上，T型加劲肋腹板可采用实腹或空腹，T型加劲肋、栓钉和抗剪筋分别与钢板焊接固定；抗剪筋通过设在抗剪筋顶部的直螺纹锚固板与安全壳墙体外侧的钢筋网的双向钢筋交点进行固定；穹顶上开有预留孔，单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳固定的地基上。上述单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳中，预留孔的工装由加强环、盖板、高强螺栓、环型法兰、加劲的肋板、柔性密封材料和可拆卸拉索组成；所述的加强环与穹顶相对固定，加强环突出于穹顶顶面；所述的盖板的外表面和加强环的内表面分别加工有上下台阶，通过盖板外表面和加强环内表面的上下台阶，盖板固定在加强环内，环型法兰置于加强环和盖板的顶部，并通过高强螺栓保证加强环和盖板的相对固定，加强环与盖板的接触面之间设有柔性密封材料，加强环与穹顶之间设有加劲的肋板，盖板与穹顶之间设有可拆卸拉索。本专利技术提出的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳的施工方法，包括以下步骤：(1)根据各种预设的荷载工况和组合，包括安全壳内事故温升和内压、地震荷载、施工荷载、恒活作用、大飞机撞击作用等，计算单侧钢板超高性能混凝土结构的截面形式，包括截面尺寸、钢板厚度、斜交或正交网格排布T型加劲肋规格及间距等；(2)通过计算确定穹顶开孔周边环形加强构造的结构形式以及与盖板之间的连接设计，包括环型加强构造的加劲的肋板间距、高强摩擦螺栓选型和布置；(3)加工安全壳钢板以及与之连接成整体的T型加劲肋、栓钉、抗剪筋，考虑施工的可行性形成分段的钢板模块；(4)待步骤(3)的钢板模块吊装就位后，在安全壳无钢板的另一侧进行钢筋网绑扎，抗剪筋通过顶部的直螺纹锚固板与钢筋网的双向钢筋交点进行固定，并在外侧支设超高性能混凝土浇筑模板；(5)在单侧钢板和支设的模板之间进行超高性能混凝土浇筑，并按照上述步骤逐层分段往上浇筑至穹顶段；(6)穹顶段底部单侧钢板和T型加劲肋自成模板，安装就位后进行钢筋网绑扎，抗剪筋通过顶部的直螺纹锚固板与钢筋网的双向钢筋交点进行固定；(7)在穹顶底部钢板上浇筑超高性能混凝土，最终形成在穹顶处留有吊装孔的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳结构；(8)将盖板吊装至穹顶顶部，进行定位、安装、密封、紧固，在穹顶与盖板的底部之间增设可拆卸拉索进行二次连接。本专利技术提出的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳及其施工方法，其特点和优点如下：本专利技术的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳，在安全壳内侧采用钢板可满足事故内压下的承压和密封要求，有效起到屏蔽和防止放射性外泄的作用；钢板外侧的一定厚度的超高性能混凝土可以提高截面刚度、整体稳定性、结构可靠性和耐久性，且超高性能混凝土具有的超强抗拉压性能，能避免其在内压作用下开裂。焊接在钢板表面连接的栓钉可防止钢板在压力下的面外失稳，抗剪筋的上端部与安全壳外侧的钢筋网连接，使安全壳形成一个整体，可有效提高单侧钢板超高性能混凝土的对抗大飞机撞击性能，同时安全壳内侧钢板能避免飞机撞击时混凝土背部碎甲对内部核级管道的破坏；在钢板表面连接的T型加劲肋能大大提高钢板模板在运输期间的稳定性；同时T型加劲肋形成的网格骨架，能大幅度提高结构的抗剪能力，斜交网格可进一步提高结构力学性能，而且节省材料，在穹顶跨度增加的情况下，能减小截面尺寸、减轻结构自重。本专利技术的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳，通过设置在穹顶的永临结合的预留孔和盖板结构，能满足核电站寿期内安全壳内大件设备的检修和更换，通过高强螺栓和环型法兰板进行连接可以保证盖板与开孔之间的连接强度，通过在盖板与穹顶孔壁之间的孔隙添加柔性密封材料可以保证连接处的密封性和外部防水性。通过永临结合的预留孔和盖板设计可有效避免寿期内更换大件设备再进行穹顶开孔的工程投入和施工难度。安全壳筒身部分带肋钢板在施工时可以形成部分模板，减少了混凝土施工时的支模，顶部穹顶带肋钢板直接可以作为混凝土浇筑的底模，可加快工程施工，减少工期。综上所述，本专利技术提出的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳，由于其独特的单层结构，有效利用钢材和超高性能混凝土自身的力学特性，充分发挥钢材的抗拉和超高性能混凝土的抗拉压能力，不仅保持了已有技术的双层安全壳的安全功能，适应安全壳内更高的承压需求和更大的穹顶跨度，还可以大幅降低工程成本，因此本专利技术的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳具有卓越的工程经济性，能降低核电成本，增强核电的市场竞争力，具有很好的社会效益和经济效益。附图说明图1为本专利技术提出的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳的总体结构示意图。图2为本专利技术安全壳中由钢板和T型加劲肋组成的内部钢结构俯视图。图3为图1中单侧钢板上的T型加劲肋、栓钉、抗剪筋的局部放大图。图4为图1的预留孔14中盖板与穹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳，其特征在于单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳由下部的筒身部分和上部的穹顶部分组成，筒身和穹顶采用单侧钢板超高性能混凝土结构；所述的钢板设在安全壳内侧，呈斜交或正交网格状排布的T型加劲肋、栓钉和抗剪筋均布于钢板上，T型加劲肋、栓钉和抗剪筋分别与钢板焊接固定；抗剪筋通过抗剪筋顶部的直螺纹锚固板与安全壳墙体外侧的钢筋网的钢筋交点进行固定；穹顶上开有预留孔，单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳固定的地基上。/n

【技术特征摘要】
1.一种单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳，其特征在于单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳由下部的筒身部分和上部的穹顶部分组成，筒身和穹顶采用单侧钢板超高性能混凝土结构；所述的钢板设在安全壳内侧，呈斜交或正交网格状排布的T型加劲肋、栓钉和抗剪筋均布于钢板上，T型加劲肋、栓钉和抗剪筋分别与钢板焊接固定；抗剪筋通过抗剪筋顶部的直螺纹锚固板与安全壳墙体外侧的钢筋网的钢筋交点进行固定；穹顶上开有预留孔，单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳固定的地基上。


2.如权利要求1所述的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳，其特征在于预留孔的工装由加强环、盖板、高强螺栓、环型法兰、加劲的肋板、柔性密封材料和可拆卸拉索组成；所述的加强环与穹顶相对固定，加强环突出于穹顶顶面；所述的盖板的外表面和加强环的内表面分别加工有上下台阶，通过盖板外表面和加强环内表面的上下台阶，盖板固定在加强环内，环型法兰置于加强环和盖板的顶部，并通过高强螺栓保证加强环和盖板的相对固定，加强环与盖板的接触面之间设有柔性密封材料，加强环与穹顶之间设有加劲的肋板，盖板与穹顶之间设有可拆卸拉索。


3.一种如权利要求1所述的单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳的施工方法，其特征在于，该施工方法包括以下步骤：
(1)根据各种预...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙运轮，王友刚，殷雄，李晓红，陈岩，张然，李潇南，
申请(专利权)人：中核能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11