Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters für insbesondere Kernreaktoren
und ein solcher Druckbehälter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines dickwandigen Hohlzylinders aus Stahlbeton als Druckbehälter für insbes. Kernreaktoren.Process for the production of a pressure vessel, in particular for nuclear reactors
and such a pressure vessel. The invention relates to a method of manufacture
a thick-walled hollow cylinder made of reinforced concrete as a pressure vessel for esp. nuclear reactors.
Die Entwicklung der Kernreaktortechnik stellt an die Druckgefäße immer
höhere Ansprüche. Die aufzunehmenden Innendrücke reichen zur Zeit bis zur Größenordnung
von 100 atü bei lichtem Durchmesser von 6-8 m. Die Konstruktion derartiger Behälter
in Stahl macht erhebliche Schwierigkeiten, und rnan ist bestrebt, diese Behälter
in vorgespanntem Stahlbeton zu konstruieren: Die hierbei auftretenden Schwierigkeiten
sind jedoch auch erheblich. Es werden Wandstärken von 3 - 4 m
benötigt.
Zu deren Vorspannung kann man nun entweder den ganzen Querschnitt mit Spanngliedern
durchsetzen, oder man muß die gesamte Vorspannung am äußeren Umfang des Behälters
konzentrieren. Fair die erste Möglichkeit ist es äußerst schwierig, die große Zahl
der Spannglieder in der Außenfläche des Behälters zu verankern. Bei der zweiten
Art der Ausführung stößt man auf folgende ungünstig wirkende Spannungsverteilung:
Wenn ein dickwandiger zylindrischer Behälter durch einen inneren Überdruck beansprucht
wird, so verteilen sich die Spannungen nicht gleichmäßig über die Wanddicke, sondern
sie klingen von einem maximalen Wert an der Innenfläche stark nach außen hin ab.
Will man nun durch eine äußere, ringförmige Vorspannung diese Betonzugspannungen
überdrucken, so tritt der gleiche Effekt in umgekehrter Richtung ein. Die tangentialen
Druckspannungen haben an der Außenseite also im unmittelbaren Bereich, in dem die
durch die ringförmige Vorspannung erzeugten radialen Umlenkkräfte angreifen, ein
Maximum und nehmen zum Inneren des Behälters hin in beträchtlicher Weise ab.The development of the nuclear reactor technology always puts on the pressure vessels
higher demands. The internal pressures to be recorded are currently up to the order of magnitude
of 100 atmospheres with a clear diameter of 6-8 m. The construction of such containers
in steel causes considerable difficulties, and rnan endeavors to make these containers
Constructing in prestressed reinforced concrete: The difficulties that arise here
however, are also significant. Wall thicknesses of 3 - 4 m are possible
needed.
For their prestressing you can either use the entire cross-section with tendons
enforce, or you have to put all the bias on the outer periphery of the container
focus. Fair the first way it is extremely difficult to get the large number
of the tendons in the outer surface of the container. The second
Type of execution, one encounters the following unfavorable stress distribution:
When a thick-walled cylindrical container is stressed by an internal overpressure
the stresses are not distributed evenly over the wall thickness, but rather
they decay strongly towards the outside from a maximum value on the inner surface.
If you want these concrete tensile stresses by an external, ring-shaped prestressing
overprint, the same effect occurs in the opposite direction. The tangential
Compressive stresses have on the outside in the immediate area in which the
Attack radial deflection forces generated by the annular bias, a
Maximum and decrease in a considerable way towards the interior of the container.
Die Überlagerung der beiden Einflüsse ergibt den endgültigen Spannungszustand.
Will man nun mit einer äußeren Vorspannung den Behälter so überdrucken, daß nirgendwo
Zugspannungen auftreten, so muß diese Vorspannung so angelegt werden, daß auch die
sich ergebenden maximalen Zugspannungen im Inneren
des Behälters
aufgenommen werden" das heißt also, die äußere Vorspannung muß stark überhöht werden.
In den äußeren Bereichen der Wand erzeugt sie hierbei eine Druckspannung, die um
ein Vielfaches höher ist, als dort erforderlich wäre. Ihre Höhe wird sogar
die Festigkeit des Betons bei weitem überbeanspruchen. Derartigen Überbeanspruchungen
ist jedoch der Beton bzw. Stahlbetonbehälter kaum gewachsen. Im übrigen sind Druckbehälter
bekannt, bei denen die Wandung des Behälters aus koaxial übereinander angeordneten
vorgefertigten Ringen aus Stahlbeton besteht, deren jeder in radialer Richtung in
einzelne Sektoren unterteilt ist, und bei dem Spannglieder zur Erzeugung einer Ringvorspannung
im Wege der Aufweitung des Ringes und nachfolgender Fixierung im aufgeweiteten Zustand
in mindestens einer Lage außen um die Fertigteilringe herumgelegt sind und Spannglieder
zur Vorspannung des Behälters in Längsrichtung in Kanälen verlaufen, die in den
Fertigteilsektoren in Richtung der Längsachse des Behälters angeordnet sind. Hier
ist infolge der außerordentlich dichten Packung der Spannglieder an der Außenseite
der Ringe ein direktes Aufbringen einer Zugspannung auf diese Spannglieder nicht
möglich. Das Einleiten der Vorspannung in die aus den Sektoren aufgebauten Ringe
kann demnach nur durch das Aufbringen eines radialen Druckes von innen auf die Sektoren
geschehen, wobei diese nach außen verschoben werden und sich die Zwischenräume an
den radialen Stoßbogen vergrößern. Das bedeutet, daß der äußere und der innere
Umfang
des Vieleckringes vergrößert wird und die Fertigteile an den Fugen die gegenseitige
Berührung verlieren. Hier wird die Vorspannung über den Innendruck eingestellt,
müssen die Fugenzwischenräume ausbetoniert werden, üben die Spanngliedringe der
Ringvorspannung nach dem Ablassen des Innendruckes eine Ringvorspannung auf die
Behälterwandung aus. .- Derartige Maßnahmen zur Herstellung von dickwandigen Hohlzylindern
als Druckbehälter aus Stahlbeton für Kernreaktoren sind ausserordentlich umständlich,
während die Druckbehälter selbst in beanspruchungsmäßiger Hinsicht folglich nicht
befriedigen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
nach dem sich dickwandige Hohlzylinder aus Stahlbeton als Druckbehälter für insbes.
Kernreaktoren in besonders einfacher Weise herstellen lassen, die höchsten Beanspruchungen
gewachsen sind.The superposition of the two influences results in the final state of stress. If you want to pressurize the container with an external bias so that tensile stresses do not occur anywhere, this bias must be applied in such a way that the resulting maximum tensile stresses inside the container are also absorbed, i.e. the external bias must be greatly increased In the outer areas of the wall it creates a compressive stress that is many times higher than would be necessary there. Its height will even overstrain the strength of the concrete by far. However, the concrete or reinforced concrete container can hardly cope with such overstressing other pressure vessels are known in which the wall of the container consists of prefabricated rings of reinforced concrete arranged coaxially one above the other, each of which is divided into individual sectors in the radial direction, and in the case of the tendons for generating a ring prestress by expanding the ring and subsequently fixing it in expanded state are placed around the precast rings on the outside in at least one position and tensioning elements for prestressing the container run in the longitudinal direction in channels which are arranged in the precast sectors in the direction of the longitudinal axis of the container. Due to the extremely tight packing of the tendons on the outside of the rings, it is not possible to apply tensile stress directly to these tendons. The introduction of the preload into the rings built up from the sectors can therefore only be done by applying a radial pressure from the inside to the sectors, these being shifted outwards and the gaps at the radial joint arches being enlarged. This means that the outer and inner circumference of the polygonal ring is enlarged and the prefabricated parts lose contact with one another at the joints. Here, the prestressing is set via the internal pressure, the spaces between the joints must be concreted out, and the tendon rings of the annular prestressing exert an annular prestressing on the container wall after the internal pressure has been released. .- Such measures for the production of thick-walled hollow cylinders as pressure vessels made of reinforced concrete for nuclear reactors are extremely cumbersome, while the pressure vessels themselves are consequently unsatisfactory in terms of stress. The invention is based on the object of specifying a method according to which thick-walled hollow cylinders made of reinforced concrete can be produced in a particularly simple manner as pressure vessels for in particular nuclear reactors, which can withstand the highest demands.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs
beschriebenen Art dadurch, daß die Behälterwand in konzentrische Wandringe aufgelöst
wird und diese Wandringe nacheinander hergestellt werden, sowie nach Erhärten des
jeweiligen Wandringes auf diesen Ring von außen eine Vorspannung zum Kompensieren
der später durch Innendruck erzeuten Spannung aufgebracht und dann der nächste Wandring
betoniert wird. Will man erreichen, daß sich die auf die einzelnen Wandringe aufgebrachteVorspannung
nur auf diese
Ringe auswirkt, denen sie zugedacht ist, also nicht
auch auf die weiter nach innen liegenden Ringe, um nämlich zu vermeiden, daß die
Vorspannung für die jeweils vorzuspannenden Ringe zum großen Teil verlorengeht,
so schlägt die Erfindung nach einem Vorschlag besonderer und selbständiger Bedeutung
vor, daß die Behälterwand aus einzelnen konzentrischen Wandringen hergestellt und
jeder Wandring nach dem Erhärten vorgespannt wird, wobei zwischen den einzelnen
Ringen ein Zwischenraum freibleibt und erst nach Erhärten und Vorspannen aller Wandringe
die Ringzwischenräume mit Füllmaterial, z.8. Mörtel oder Beton ausgepreßt werden.
In Durchführung dieses Verfahrens wird man vorzugsweise wie folgt vorgehen: Der
innerste Ring erhält eine Wanddicke, die bei Einhaltung der zulässigen Betondruckspannung
die ausführungstechnisch mögliche höchste Vorspannung gestattet. Wird diese Vorspannung
durch das bekannte Wickelverfahren aufgebracht, so ist ihre Höhe dadurch gegeben,
daß die Spanndrähte dicht beieinander liegen. Werden dann diese Spanndrähte mit
der zulässigen Spannung angespannt, so ergibt sich eine gesamte Spannkraft, die
dividiert durch die Teilwanddicke die zulässige Betonspannung ergeben muß. Diese
Betonspannung ist aber andererseits so hoch gewählt, wie die Zugspannung, die später
bei innerem Überdruck dort zu kompensieren ist. Nach diesem ersten Vorgang wird
- durch einen Zwischenraum getrennt -die zweite Wand betoniert. Beim Betonieren
wird dieser Zwischenraum
durch Distanz- bzw. Abstandshalter, z.8.
dünnwandige Blechröhren, die dicht nebeneinander liegen, freigehalten. Nach dem
Erhärten dieses zweiten Ringes wird er vorgespannt. Wählt man die Dicke dieses zweiten
Ringes genauso wie die Dicke des ersten, so ist die anzulegende Vorspannung und
damit der Aufwand an Spanndrähten geringer als beim ersten Ring, da nunmehr nach
dem üblichen Spannungsverlauf eine geringere Zugspannung zu überdrücken ist. In
dieser Weise schließen sich die anderen konzentrischen Ringe an. Jeder Ring erhält
also hierbei die Vorspannung, die er im späteren Gebrauchszustand benötigt.
Ist der letzte Ring hergestellt, so werden die Zwischenräume in der vom Spannbetonverfahren
her bekannten Weise mit Mörtel ausgepreßt, was mit Hilfe der Blechröhren, die zunächst
zum Freihalten der Zwischenräume dienten, gut möglich ist. So entsteht für die Wirkung
des inneren Überdruckes eine homogene Wand, in der alle Teile genauso vorgespannt
sind, daß die an den einzelnen Stellen vorhandenen Druckspannungen den im Gebrauchszustand
dort auftretenden Zugspannungen entsprechen. Im Ergebnis läßt sich also nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren ein dickwandiger Hohlzylinder aus Stahlbeton als Druckbehälter
für insbes. Kernreaktoren besonders einfach herstellen, ist der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Druckbehälter auch extremen Beanspruchungen gewachsen. Gegenstand
der Erfindung ist auch ein nach dem beanspruchten Verfahren hergestellter Druckbehälter
selbst. Dieser Druckbehälter für insbes. Kernreaktoren aus einem dickwandigen
Hohlzylinder
aus Stahlbeton ist dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterwandung aus konzentrischen
Wandringen aufgebaut ist und diese Wandringe im Bereich ihres äußeren Umfanges mittels
Spannbewehrung vorgespannt sind sowie zwischen den einzelnen Wandringen mit Beton
oder Mörtel ausgepreßte Ringzwischenräume vorgesehen sind. In die Ringzwischenräume
sind als Distanz- bzw. Abstandhalter erfindungsgemäß dicht bei dicht oder mit Abstand
zueinander Blechkästen eingesetzt. Die Blechkästen können als mehreckige, insbes.
viereckige Hohlprofile ausgeführt sein, deren Länge etwa der Tiefe der Wandringe
entspricht. Vorzugsweise besitzen die radial und/oder tangential gerichteten Wandungen
der Hohlprofile nach innen gerichtete Falze, um ein unkontrolliertes Ausknicken
dieser Wandungen zu vermeiden. Im übrigen sollen die Wandungen der Hohlprofile Durchtrittsöffnungen
für Mörtel, Beton oder ähnliche Füllstoffe zum Auspressen der Ringzwischenräume
aufweisen. Der erfindungsgemäße Druckbehälter zeichnet sich aufgrund des gewählten
Aufbaues, und zwar unter Berücksichtigung der Auflösung der Behälterwand in mehrere
konzentrische Wandringe und der ausgegossenen Ringzwischenräume mit darin eingesetzten
Hohlprofilen durch seine einfache Herstellungsmöglichkeit aus, insbes. durch seine
Einsatzmöglichkeit auch für extrem hohe Innendrucke.
Tatsächlich
wird nämlich nach Lehre der Erfindung eine homogene Behälterwandung verwirklicht,
in der die vorhandenen Druckspannungen, die infolge des Innendruckes auftretenden
Zugspannungen einwandfrei kompensieren. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer
lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige
Figur zeigt im Radialschnitt einen dickwandigen Hohlzylinder aus Stahlbeton als
Druckbehälter für insbes. Kernreaktoren. Die Behälterwandung b ist aus konzentrischen
Wandringen 2 aufgebaut. Diese Wandringe 2 sind im Bereich ihres äußeren Umfanges
mittels Spannbewehrung 3 vorgespannt. Zwischen den einzelnen Wandringen 2 sind mit
Beton oder Mörtel ausgepreßte Ringzwischenräume 4 vorgesehen. In die Ringzwischenräume
4 sind dicht bei dicht, wie dargestellt, oder mit Abstand zueinander Blechkästen
5 eingesetzt. Die Blechkästen sind als mehreckige, insbes. viereckige Hohlprofile
5 ausgeführt, deren Länge etwa der Tiefe der Wandringe 2 entspricht. Die radial
und/oder tangential gerichteten Wandungen 6 der Hohlprofile 5 besitzen nach innen
gerichtete Falze 7. Ausserdem weisen die Wandungen 6 der Hohlprofile 5 Durchtrittsöffnungen
8 für Mörtel, Beton oder ähnliche Füllstoffe auf, was lediglich angedeutet ist.
Bei Herstellung des dargestellten Druckbehälters wird man wie folgt vorgehen. Zunächst
wird die Behälterwand 1 aus einzelnen konzentrischen Wandringen 2
hergestellt
und jeder Wandring 2 nach dem Erhärten vorgespannt, wobei zwischen den einzelnen
Ringen 2 ein Ringzwischenraum 4 frei bleibt. Erst nach Erhärten und Vorspannen aller
Wandringe 2 werden die Ringzwischenräume 4 mit Füllmaterial, z.B. Mörtel oder Beton
ausgepreßt, und zwar durch Einführen des Füllmaterials in die Blechkästen bzw. Hohlprofile
5, aus denen über die Durchtrittsöffnungen 8 der Füllstoff in den noch verbleibenden
Raum eindringt, so daß im Ergebnis eine homogene Behälterwandung 4 entsteht. Dabei
erfüllen auch die Blechkästen bzw. Hohlprofile 5 gleichsam die Funktion einer Bewehrung.This object is achieved by the invention in a method of the type described at the outset in that the container wall is dissolved into concentric wall rings and these wall rings are produced one after the other, and after the respective wall ring has hardened on this ring from the outside a preload to compensate for the tension later generated by internal pressure applied and then the next wall ring is concreted. If one wants to achieve that the prestress applied to the individual wall rings only affects these rings to which it is intended, i.e. not also the rings further inward, in order to avoid that the prestress for the respective rings to be prestressed is largely is lost, the invention proposes after a proposal of particular and independent importance that the container wall made of individual concentric wall rings and each wall ring is pretensioned after hardening, with a gap between the individual rings and the ring gaps only after hardening and pretensioning of all wall rings with filling material, e.g. 8. Mortar or concrete are pressed out. In carrying out this process, the procedure is preferably as follows: The innermost ring is given a wall thickness that allows the highest possible prestressing in terms of the design, provided that the permissible concrete compressive stress is adhered to. If this bias is applied by the known winding process, its height is given by the fact that the tension wires are close together. If these tension wires are then tensioned with the permissible tension, the result is a total tensioning force which, divided by the partial wall thickness, must result in the permissible concrete tension. On the other hand, this concrete stress is selected to be as high as the tensile stress that has to be compensated there later in the event of internal overpressure. After this first process - separated by a gap - the second wall is concreted. When concreting, this gap is created by spacers, e.g. 8. thin-walled sheet metal tubes, which are close to each other, kept free. After this second ring has hardened, it is pretensioned. If the thickness of this second ring is chosen in exactly the same way as the thickness of the first, then the pre-tension to be applied and thus the amount of tensioning wires to be applied is lower than with the first ring, since now, according to the usual tension curve, a lower tensile stress has to be overcome. In this way the other concentric rings join. Each ring is given the pretension it needs in the later state of use. When the last ring has been made, the gaps are pressed out with mortar in the manner known from the prestressed concrete process, which is easily possible with the help of the sheet metal tubes, which were initially used to keep the gaps free. This creates a homogeneous wall for the effect of the internal overpressure, in which all parts are pretensioned in the same way that the compressive stresses present at the individual points correspond to the tensile stresses occurring there in the state of use. As a result, according to the method according to the invention, a thick-walled hollow cylinder made of reinforced concrete as a pressure vessel for especially nuclear reactors can be produced particularly easily, the pressure vessel produced according to the method according to the invention can also withstand extreme stresses. The invention also relates to a pressure vessel itself produced by the claimed process. This pressure vessel for in particular nuclear reactors made of a thick-walled hollow cylinder made of reinforced concrete is characterized in that the container wall is made up of concentric wall rings and these wall rings are prestressed in the area of their outer circumference by means of reinforcement as well as between the individual wall rings pressed with concrete or mortar annular spaces are provided. According to the invention, sheet metal boxes are inserted into the annular spaces as spacers or spacers close to one another or at a distance from one another. The sheet metal boxes can be designed as polygonal, especially square hollow profiles, the length of which corresponds approximately to the depth of the wall rings. The radially and / or tangentially directed walls of the hollow profiles preferably have inwardly directed folds in order to avoid uncontrolled buckling of these walls. In addition, the walls of the hollow profiles should have openings for mortar, concrete or similar fillers for pressing out the annular spaces. The pressure vessel according to the invention is characterized by its simple manufacturing possibility, especially by its possibility of use for extremely high internal pressures, due to the selected structure, taking into account the dissolution of the container wall into several concentric wall rings and the poured ring spaces with hollow profiles inserted therein. In fact, according to the teaching of the invention, a homogeneous container wall is realized in which the existing compressive stresses perfectly compensate for the tensile stresses occurring as a result of the internal pressure. In the following the invention is explained in more detail with reference to a drawing showing only one embodiment. The only figure shows in radial section a thick-walled hollow cylinder made of reinforced concrete as a pressure vessel for especially nuclear reactors. The container wall b is made up of concentric wall rings 2. These wall rings 2 are prestressed in the area of their outer circumference by means of tension reinforcement 3. Between the individual wall rings 2, annular spaces 4 pressed out with concrete or mortar are provided. Sheet metal boxes 5 are inserted into the annular spaces 4 close together, as shown, or at a distance from one another. The sheet metal boxes are designed as polygonal, especially square, hollow profiles 5, the length of which corresponds approximately to the depth of the wall rings 2. The radially and / or tangentially directed walls 6 of the hollow profiles 5 have inwardly directed folds 7. In addition, the walls 6 of the hollow profiles 5 have passage openings 8 for mortar, concrete or similar fillers, which is only indicated. The procedure for manufacturing the pressure vessel shown is as follows. First, the container wall 1 is made from individual concentric wall rings 2 and each wall ring 2 is prestressed after hardening, with an annular gap 4 remaining free between the individual rings 2. Only after hardening and pre-tensioning of all wall rings 2 are the ring gaps 4 pressed out with filler material, e.g. mortar or concrete, by introducing the filler material into the sheet metal boxes or hollow profiles 5, from which the filler penetrates through the passage openings 8 into the remaining space, so that the result is a homogeneous container wall 4. The sheet metal boxes or hollow profiles 5 also fulfill the function of reinforcement, as it were.