DE102011118854A1 - Method for retrofitting a containment for nuclear power plants - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nachträglichen Ertüchtigung eines Containments für Kernkraftwerke, welches eine monolithische Stahlbeton- oder Spannbetonhülle umfasst. Nach dem Verfahren ist das Aufbringen einer nachträglichen Bewehrung vorgesehen, wobei auf die Stahlbetonhülle als zusätzliche Bewehrung zumindest bereichsweise Stahlmantelelemente aufgebracht werden, wobei zumindest einige der Stahlmantelelemente zu einem Liner verschweißt werden und wobei zumindest einige der Stahlmantelelemente stoff- und/oder formschlüssig mit der Stahlbetonhülle zu einem Verbund zusammengefügt werden.The invention relates to a method for retrofitting a containment for nuclear power plants, which comprises a monolithic reinforced concrete or prestressed concrete shell. According to the method, the application of a subsequent reinforcement is provided, wherein at least partially steel shell elements are applied to the reinforced concrete shell as additional reinforcement, wherein at least some of the steel shell elements are welded to a liner and wherein at least some of the steel shell elements material and / or positive fit with the reinforced concrete shell be joined together a composite.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nachträglichen Bewehrung eines Containments für Kernkraftwerke, welches eine monolithische Stahlbetonhülle umfasst. Beim Neubau von Kernkraftwerken wird das Reaktor-Containment von seiner Festigkeit so ausgelegt, dass es möglichen Flugzeugabstürzen standhält. Die in Stahlbetonbauweise erstellte Hülle kann hierzu mit innen- und außenliegenden Stahlblechstrukturen versehen werden. Hierbei wird dabei so vorgegangen, dass jeweils ein innerer und ein äußerer Stahlblechmantel aus stoßweise miteinander verschweißten Stahlblechpaneelen erstellt wird. Der Zwischenraum zwischen den Stahlblechmänteln/-linern wird mit einer Betonfüllung versehen, die Liner dienen dabei als verlorene Schalung für das Stahlbeton-Containment. Die Stahlblechelemente werden dabei üblicherweise mittels Kopfbolzen formschlüssig in dem Stahlbeton gesichert.The invention relates to a method for retrofitting a containment for nuclear power plants, which comprises a monolithic reinforced concrete shell. In the construction of new nuclear power plants, the reactor containment is designed so that it can withstand possible crashes. The shell constructed in reinforced concrete construction can be provided with internal and external sheet steel structures for this purpose. In this case, the procedure is such that in each case an inner and an outer sheet steel jacket is produced from intermittently welded steel sheet panels. The space between the steel sheet sheaths / liners is filled with concrete, the liners serve as permanent formwork for the reinforced concrete containment. The sheet steel elements are usually secured by means of a head bolt form fit in the reinforced concrete.

Eine Wandstruktur für ein Containment eines Kernkraftreaktors ist beispielsweise aus der JP 2010-181227 A bekannt. Eine vergleichbare Wandstruktur ist auch aus der US 2010/0122449 A1 bekannt, wobei sich die Druckschrift mit dem Problem befasst, die Stahlblechstruktur möglichst so anzuordnen, dass die Stahlbleche im Bereich ihrer stoßweisen Verschweißung nicht mit dem zu verfüllenden Beton hinterflossen sind, um eine nachträgliche Überprüfung der Schweißnähte auf Dichtigkeit zu ermöglichen.A wall structure for a containment of a nuclear reactor is, for example, from JP 2010-181227 A known. A comparable wall structure is also from the US 2010/0122449 A1 known, the document deals with the problem of arranging the steel sheet structure as possible so that the steel sheets are not trapped in the region of their intermittent welding with the concrete to be filled, to allow a subsequent verification of the welds for leaks.

Bei nach dem Stand der Technik erstellten Neubauten von Kernkraftwerken ist grundsätzlich davon auszugehen, dass diese die Festigkeitsanforderungen insoweit erfüllen, dass diese hinreichend gegen Flugzeugabstürze gesichert sind.In new constructions of nuclear power plants constructed according to the state of the art, it is generally to be assumed that they meet the strength requirements to the extent that they are adequately secured against aircraft crashes.

Anders verhält es sich jedoch bei Anlagen, die bereits vor längerer Zeit geplant und errichtet wurden und einen potentiell geringeren Schutz gegen mögliche Flugzeugabstürze bieten.The situation is different, however, with installations that have been planned and built a long time ago and that offer potentially less protection against possible aircraft crashes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das die nachträgliche Ertüchtigung eines Containments für Kernkraftwerke ermöglicht, um auch bei Altanlagen einen wirksamen Schutz gegen mögliche Flugzeugabstürze zu erzielen.The invention is therefore based on the object to provide a method that allows the subsequent retrofitting of a containment for nuclear power plants to achieve effective protection against possible aircraft crashes even in old systems.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur nachträglichen Bewehrung eines Containments für Kernkraftwerke vorgeschlagen, wobei das Containment eine monolithische Stahlbetonhülle umfasst und das Verfahren vorsieht, dass auf die Stahlbetonhülle als zusätzliche Bewehrung zumindest bereichsweise Stahlmantelelemente aufgebracht werden, wobei zumindest einige der Stahlmantelelemente zu einem Liner verschweißt werden und wobei zumindest einige der Stahlmantelelemente stoff- und/oder formschlüssig mit der Stahlbetonhülle zu einem Verbund zusammengefügt werden.According to the invention, a method for retrofitting a containment for nuclear power plants is proposed, wherein the containment comprises a monolithic reinforced concrete casing and the method provides that at least partially steel shell elements are applied to the reinforced concrete shell as additional reinforcement, wherein at least some of the steel shell elements are welded into a liner and wherein at least some of the steel shell elements are material and / or form-fitting together with the reinforced concrete shell to form a composite.

Zweckmäßigerweise werden die Stahlmantelelemente und die Stahlbetonhülle so zusammengefügt, dass zwischen den einzelnen Lagen eine Verbundhaftung erzielt wird. Insbesondere bei einer aufprallbedingten Biegebeanspruchung eines solchen Sandwichverbundes wird der größte Anteil der auftretenden Zug- und Druckspannung im Bereich der Liner, d. h. bezogen auf die neutrale Faser außen vorliegen. In diesem Falle ist es zweckmäßig und wünschenswert, wenn eine Relativbewegung zwischen den Schichten der Sandwichstruktur, d. h. der Stahlbetonhülle und den Stahlmantelelementen parallel zur Grenzschichtlage/Trennebene nicht möglich ist.Conveniently, the steel shell elements and the reinforced concrete envelope are joined together so that a composite adhesion is achieved between the individual layers. In particular, in an impact-induced bending stress of such a sandwich composite, the largest proportion of the tensile and compressive stress occurring in the region of the liner, d. H. present externally relative to the neutral fiber. In this case, it is desirable and desirable if a relative movement between the layers of the sandwich structure, i. H. the reinforced concrete shell and the steel shell elements parallel to the boundary layer / separation plane is not possible.

Bei einer zweckmäßigen Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist daher vorgesehen, die Stahlmantelelemente mit der Stahlbetonhülle zu verdübeln oder anderweitig zu einem Verbund zusammenzufügen.In an expedient variant of the method according to the invention is therefore intended to dowel the steel shell elements with the reinforced concrete envelope or otherwise put together to form a composite.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stahlmantelelemente mit einem Haftvermittler, vorzugsweise mit Vergussmörtel und/oder Faserzement hinterfüllt werden. Der Haftvermittler stellt zweckmäßigerweise eine stoffschlüssige Haftung zwischen dem Stahlmantelelementen und der Stahlbetonhülle her.It is particularly advantageous if the steel jacket elements are backfilled with an adhesion promoter, preferably with grout and / or fiber cement. The adhesion promoter expediently produces a cohesive adhesion between the steel shell elements and the reinforced concrete shell.

Die Stahlmantelelemente können sowohl innenseitig als auch außenseitig der Stahlbetonhülle vorgesehen werden.The steel shell elements can be provided both on the inside and on the outside of the reinforced concrete shell.

Bei einer zweckmäßigen Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils innenseitig und außenseitig gegenüberliegend angeordnete Stahlmantelelemente gegeneinander verankert werden.In an expedient variant of the method according to the invention it is provided that in each case inside and outside opposite arranged steel shell elements are anchored against each other.

Beispielsweise können jeweils innenseitig und außenseitig gegenüberliegend angeordnete Stahlmantelelemente gegeneinander verspannt werden, wobei bei einer Variante der Erfindung vorgesehen ist, dass die Stahlbetonhülle mit Ankerelementen, vorzugsweise mit Gewindestangen, vollständig durchsetzt wird und gegenüberliegend angeordnete Stahlmantelelemente mittels der Ankerelemente gesichert werden. Diese können beispielsweise mit Muttern gegen Unterlegplatten oder Unterlegscheiben oder auch durch Schweißverbindungen gesichert werden.For example, in each case inside and outside opposite arranged steel jacket elements are braced against each other, which is provided in a variant of the invention that the reinforced concrete envelope with anchor elements, preferably with threaded rods, is completely penetrated and oppositely disposed steel shell elements are secured by means of anchor elements. These can be secured, for example with nuts against shims or washers or welded joints.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.The invention will be explained below with reference to an embodiment shown in the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Containments für ein Kernkraftwerk, 1 a schematic representation of a containment for a nuclear power plant,

2 einen Schnitt durch einen Wandaufbau eines Containments nach dem Stand der Technik, 2 a section through a wall structure of a containment according to the prior art,

3 einen Schnitt durch einen Wandaufbau eines Containments, das nach einer ersten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung bewehrt wurde und 3 a section through a wall structure of a containment, which has been reinforced according to a first variant of the method according to the invention, and

4 einen Schnitt durch einen Wandaufbau eines Containments, das nach einer zweiten Variante des Verfahren gemäß der Erfindung bewehrt wurde. 4 a section through a wall structure of a containment, which has been reinforced according to a second variant of the method according to the invention.

1 zeigt schematisch ein Containment 1 für ein Kernkraftwerk mit darin angeordneten Einbauten 2. Unter Containment im Sinne der Erfindung ist eine domförmige/kuppelförmige Hülle/Außenhaut zu verstehen, die die üblichen Funktionseinbauten eines Kernkraftwerks abschirmt und gegen äußere Einflüsse sichert. Das Containment 1 muss nicht notwendigerweise domförmig/kuppelförmig sein, eine solche halbkugelförmige Bauweise hat jedoch Vorteile hinsichtlich der Ab- und Einleitung von Kräften sowie hinsichtlich der Druckfestigkeit. 1 schematically shows a containment 1 for a nuclear power plant with internals arranged therein 2 , Containment in the sense of the invention is to be understood as meaning a domed / dome-shaped shell / outer skin which shields the usual functional installations of a nuclear power plant and secures them against external influences. The containment 1 does not necessarily have dome-shaped / dome-shaped, but such a hemispherical design has advantages in terms of the discharge and initiation of forces and in terms of compressive strength.

Üblicherweise besteht das Containment 1 aus einer Stahlbetonhülle 3, die mit einer inneren Bewehrung versehen ist und als Stahlbeton- oder Spannbetonkonstruktion ausgeführt ist. Unter einer Spannbetonkonstruktion ist üblicherweise eine Betonkonstruktion zu verstehen, bei der Teile der inneren Bewehrung auf Zug vorgespannt sind und deren Zugspannung in den aushärtenden Beton eingefroren ist. Bekanntlich hat Beton an und für sich eine hohe Druckfestigkeit und eine vergleichsweise viel geringere Zugfestigkeit.Usually there is the containment 1 from a reinforced concrete shell 3 , which is provided with an internal reinforcement and designed as reinforced concrete or prestressed concrete construction. A prestressed concrete structure is usually a concrete structure in which parts of the inner reinforcement are biased to train and whose tensile stress is frozen in the hardening concrete. As is known, concrete in and of itself has a high compressive strength and a comparatively much lower tensile strength.

2 zeigt den Querschnitt durch ein Containment 1 nach dem Stand der Technik. Das Containment 1 umfasst einen inneren Liner 4a und einen äußeren Liner 4b, die jeweils aus stoßweise dicht miteinander verschweißten Stahlblechen bestehen. Die Stahlbleche sind jeweils mit Kopfbolzen 5 versehen, die in der Stahlbetonhülle 3 vergossen sind. 2 shows the cross section through a containment 1 According to the state of the art. The containment 1 includes an inner liner 4a and an outer liner 4b , each consisting of intermittently welded together steel sheets. The steel sheets are each with headed bolts 5 provided in the reinforced concrete shell 3 are shed.

Die Stahlbleche sind darüber hinaus auf ihrer einander zugewandten Seite jeweils mit Verstärkungsprofilen 6 sowie mit Schub- und Montageversteifungen versehen, die vom Beton der Stahlbetonhülle 3 hinterflossen sind.The steel sheets are also on their side facing each other with reinforcing profiles 6 and provided with shear and mounting stiffeners, the concrete of the reinforced concrete shell 3 have flown behind.

Bei der Neuerstellung eines solchen Containments werden zunächst Stahlbleche mit Abstand zueinander stoßseitig verschweißt, sodass sie einen inneren und äußeren Liner 4a, 4b bilden, der nach Art einer verlorenen Schalung mit Stahlbeton vergossen wird.When creating such a containment, steel sheets are first welded at a distance from each other on the impact side, so that they have an inner and outer liner 4a . 4b form, which is cast in the manner of a lost formwork with reinforced concrete.

Das Verfahren gemäß der Erfindung betrifft hingegen eine nachträgliche Ertüchtigung bereits bestehender Kernkraftwerke bzw. eines bereits bestehenden Stahlbeton- oder Spannbeton-Containments.By contrast, the method according to the invention relates to a subsequent upgrading of already existing nuclear power plants or of an already existing reinforced concrete or prestressed concrete containment.

Die 3 zeigt einen Schnitt durch ein Containment 1, welches nach einer ersten Verfahrensvariante gemäß der Erfindung erstellt wurde. Ein innerer Liner 4a und ein äußerer Liner 4b werden mittels Dübeln 10 auf Abstand in der Stahlbetonhülle 3 verankert. Die einzelnen Stahlbleche werden zweckmäßigerweise in dieser Lage stoßseitig dicht miteinander verschweißt, wobei sowohl der innere als auch der äußere Liner 4a, 4b nicht notwendigerweise vollflächig die gesamte Stahlbetonhülle 3 einfassen müssen bzw. bewehren/verkleiden müssen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, eine Stahlbewehrung nur in kritischen oder exponierten Bereichen der Stahlbetonhülle 3 vorzusehen.The 3 shows a section through a containment 1 , which was created according to a first variant of the method according to the invention. An inner liner 4a and an outer liner 4b be by dowels 10 at a distance in the reinforced concrete shell 3 anchored. The individual steel sheets are expediently welded together shock-tight side in this situation, with both the inner and the outer liner 4a . 4b not necessarily the entire reinforced concrete shell over its entire surface 3 must surround or have to defend / disguise. For example, it may be provided a steel reinforcement only in critical or exposed areas of the reinforced concrete shell 3 provided.

Nach Verdübelung und Verschweißung der Stahlbleche, die beispielsweise jeweils ein Stärke von etwa 1,0 bis 1,5 cm aufweisen können, wird ein möglicherweise verbleibender Zwischenraum zwischen den Stahlblechen mit einem Haftvermittler 7 verfüllt. Als Haftvermittler können beispielsweise Faserzement, Polymerbeton oder andere Materialien vorgesehen sein.After dewetting and welding of the steel sheets, which may for example each have a thickness of about 1.0 to 1.5 cm, a possibly remaining gap between the steel sheets with a bonding agent 7 filled. As a bonding agent, for example, fiber cement, polymer concrete or other materials may be provided.

Bei dem in 4 dargestellten Containment 1 ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die Stahlbetonhülle 3 nachträglich vollständig durchbohrt wird und in die Bohrungen Ankerstangen 8 eingesetzt werden, die als Gewindestangen ausgeführt werden können. Die Stahlbleche, die den inneren und äußeren Liner 4a, 4b bilden, werden mittels Muttern und unter Zwischenlage von ggf. erforderlichen Unterlegplatten oder Unterlegscheiben gegen den Liner 4a, 4b gesichert. Die Ankerstangen können auch mittels Schweißverbindung gesichert werden.At the in 4 represented containment 1 is provided by the inventive method that the reinforced concrete shell 3 is subsequently completely pierced and into the holes anchor rods 8th are used, which can be carried out as threaded rods. The steel sheets, the inner and outer liners 4a . 4b form, are by means of nuts and with the interposition of any necessary washers or washers against the liner 4a . 4b secured. The anchor rods can also be secured by means of welded connection.

In dem Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 3 sind der äußere Liner und der innere Liner mit Dübeln 10 in der Stahlbetonhülle 3 verankert. Die Dübel 10 sind in Bohrlöchern in der Stahlbetonhülle 3 gesichert, die nur einen Teil der Stärke der Stahlbetonhülle 3 durchsetzen.In the case of the embodiment according to 3 are the outer liner and the inner liner with dowels 10 in the reinforced concrete shell 3 anchored. The dowels 10 are in boreholes in the reinforced concrete shell 3 secured, which is only part of the strength of the reinforced concrete shell 3 push through.

Auf den Ankerstangen 8 (2. Ausführungsbeispiel) werden die den Liner 4a, 4b bildenden Stahlplatten jeweils mit Abstand festgelegt, sodann wird ein möglicherweise verbleibender Zwischenraum zwischen den Stahlplatten und der Stahlbetonhülle 3 mit einem Haftvermittler 7 verfüllt. Über die Ankerstangen 8 kann auch eine Vorspannung/Zugspannung quer zur Erstreckung der Stahlbetonhülle 3 aufgebracht werden. Dies ist allerdings im Regelfall nicht erforderlich. Durch den mehrschichtigen Aufbau bestehend aus Liner, Haftvermittler und Stahlbetonhülle, die form- und stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wird zwischen den einzelnen Schichten eine Verbundhaftung erzielt, die sich besonders gut auf die Biegebeanspruchbarkeit der Stahlbetonhülle 3 auswirkt.On the anchor rods 8th (2nd embodiment) are the liners 4a . 4b each set at a distance, then a possibly remaining gap between the steel plates and the reinforced concrete envelope 3 with a bonding agent 7 filled. About the anchor rods 8th can also be a bias voltage / tension transverse to the extension of the reinforced concrete shell 3 be applied. However, this is usually not necessary. Due to the multilayer structure consisting of liners, adhesion promoters and Reinforced concrete casing, which are connected to one another in a form-fitting and cohesive manner, results in a bond between the individual layers, which is particularly well suited to the bending strength of the reinforced concrete casing 3 effect.

Die Stärke/Dicke der Stahlbetonhülle 3 wird in der Regel etwa 80–100 cm betragen. Die Stärke der Schichten aus Haftvermittler 7 ist in dem Zusammenhang unkritisch, da der Haftvermittler 7 nur die Herstellung der Verbundhaftung zwischen den Stahlblechen und der Stahlbetonhülle 3 bewirkt.The thickness of the reinforced concrete shell 3 will usually be about 80-100 cm. The thickness of the layers of adhesion promoter 7 is not critical in this context, since the bonding agent 7 only the production of the bond between the steel sheets and the reinforced concrete envelope 3 causes.

Die einzelnen, den Liner 4a, 4b bildenden Stahlbleche sind als Stahlmantel-Elemente im Sinne der Erfindung zu verstehen.The individual, the liner 4a . 4b forming steel sheets are to be understood as steel shell elements in the context of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
ContaimentContaiment
22
Einbautenfixtures
33
StahlbetonhülleReinforced concrete shell
4a, 4b4a, 4b
innerer Liner, äußerer Linerinner liner, outer liner
55
Kopfbolzenstuds
66
Verstärkungsprofilereinforcing profiles
77
Haftvermittlerbonding agent
88th
Ankerstangenanchor rods
99
Mutternnuts
1010
Dübeldowel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2010-181227 A [0002] JP 2010-181227 A [0002]
  • US 2010/0122449 A1 [0002] US 2010/0122449 A1 [0002]

Claims (7)

Verfahren zur nachträglichen Bewehrung eines Containments für Kernkraftwerke, welches eine monolithische Stahlbeton- oder Spannbetonhülle umfasst, wobei auf die Stahlbetonhülle als zusätzliche Bewehrung zumindest bereichsweise Stahlmantelelemente aufgebracht werden, wobei zumindest einige der Stahlmantelelemente zu einem Liner verschweißt werden und wobei zumindest einige der Stahlmantelelemente stoff- und/oder formschlüssig mit der Stahlbetonhülle zu einem Verbund zusammengefügt werden.A method for retrofitting a containment for nuclear power plants, which comprises a monolithic reinforced concrete or prestressed concrete shell, wherein at least partially steel shell elements are applied to the reinforced concrete shell as additional reinforcement, wherein at least some of the steel shell elements are welded into a liner and wherein at least some of the steel shell elements material and / or form-fitting with the reinforced concrete shell to form a composite. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlmantelelemente mit der Stahlbetonhülle verdübelt werden.A method according to claim 1, characterized in that the steel shell elements are pegged with the reinforced concrete envelope. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlmantelelemente mit einem Haftvermittler, vorzugsweise Vergussmörtel und/oder Faserzement hinterfüllt werden.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the steel shell elements are backfilled with an adhesion promoter, preferably grout and / or fiber cement. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Stahlmantel-Elemente sowohl innenseitig als auch außenseitig der Stahlbetonhülle vorgesehen werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that steel shell elements are provided both inside and outside of the reinforced concrete shell. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils innenseitig und außenseitig gegenüberliegend angeordnete Stahlmantel-Elemente gegeneinander verankert werden.A method according to claim 4, characterized in that in each case on the inside and outside opposite arranged steel shell elements are anchored against each other. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils innenseitig und außenseitig gegenüberliegend angeordnete Stahlmantel-Elemente gegeneinander verspannt werden.A method according to claim 4 or 5, characterized in that in each case on the inside and outside opposite arranged steel shell elements are braced against each other. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlbetonhülle mit Ankerelementen, vorzugsweise mit Gewindestangen vollständig durchsetzt wird und gegenüberliegend angeordnete Stahlmantel-Elemente mittels der Ankerelemente gesichert werden.Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the reinforced concrete envelope with anchor elements, preferably with threaded rods is completely penetrated and opposite arranged steel shell elements are secured by means of anchor elements.
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