DE19737898A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung der Durchbiegung eines belasteten Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zur Verminderung der Durchbiegung eines einer bela­ stenden Kraft ausgesetzten Bauteils, wobei die Durchbiegung quer zur Längsachse des Bauteils auftritt.

In einem Kernkraftwerk östlicher Bauart wird für den bei ei­ nem Störfall nötigen Druckausgleich ein Kondensationsturm, auch Barbotageturm genannt, verwendet. Darin sind in mehreren Geschossen Wasservorlagen in Blechkammern angeordnet. Die Blechkammern sind u. a. durch ein Bodenblech und Deckblech ge­ bildet, die von parallelen Längsrippen getragen werden. Die Längsrippen sind ihrerseits an beiden Enden an senkrecht zu den Längsrippen verlaufenden Doppel-T-Trägern befestigt, die das Grundgerüst des Kondensationsturms bilden.

Die Blechkammern sind für einen bestimmten in ihrem Inneren herrschenden Druck ausgelegt. Zur Erhöhung der Sicherheit ei­ nes der beschriebenen Kernkraftwerke ist es gelegentlich nö­ tig, den Kondensationsturm für einen höheren Druck zu ertüch­ tigen. Bei diesem erhöhten Druck werden die Deckbleche mit den zugehörigen Längsrippen in unzulässiger Weise verbogen. Die Durchbiegung erreicht ihren maximalen Wert etwa in der Mitte der Längsrippen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die die Durchbiegung eines Bauteils, auf das eine belastende Kraft wirkt und das insbesondere eine - ein Deck­ blech tragende - Längsrippe ist, vermindert und auf diese Weise die Stabilität des Bauteils erhöht. Zum gleichen Zweck soll auch ein Verfahren angegeben werden.

Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird gemäß der Er­ findung dadurch gelöst, daß an einer Angriffsstelle auf einer Stirnfläche des Bauteils ein Abstandshalter angreift, durch den der Abstand der Angriffsstelle zu einer Stützstruktur weitgehend konstant haltbar ist.

Die Stabilität des Bauteils wird also nicht durch eine Ver­ besserung der Materialeigenschaften, wie z. B. der Biegefe­ stigkeit, erreicht, sondern vielmehr dadurch, daß an zumin­ dest einer Stirnfläche des Bauteils durch einen Abstandshal­ ter eine Zwangsbedingung eingehalten wird. Die Wirkung der Vorrichtung nach der Erfindung entfaltet sich demzufolge erst im eingebauten Zustand des Bauteils, d. h. wenn eine Stütz­ struktur vorhanden ist.

Die Kraft, die das Bauteil belastet, kann sowohl eine quer zur Längsachse des Bauteils auftretende Querbelastungskraft sein als auch eine ebenfalls zu einem Durchbiegen bzw. Knicken des Bauteils führende Längsbelastungskraft.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich in vorteil­ hafter Weise die Stabilität des Bauteils verbessern, ohne daß an der oder den Längsseiten des Bauteils zusätzliche Stabili­ sierungselemente nötig wären. Ein besonderer Vorteil der Vor­ richtung nach der Erfindung besteht darin, daß die Stabili­ tätsverbesserung durch eine Einwirkung auf die Stirnflächen des Bauteils erreicht wird. Die Längsseiten sind nämlich in vielen Fällen nicht zugänglich, sie müssen freigehalten wer­ den oder aber sie sind an den zugänglichen Stellen bereits mit Halteelementen versehen, die das Bauteil tragen, dessen Durchbiegung vermindert werden soll.

Die Stützstruktur kann beispielsweise ein Nachbarbauteil vom Typ des Bauteils sein.

In dem eingangs erwähnten Kondensationsturm sind die zu zwei benachbarten Blechkammern gehörigen Längsrippen entlang einer gemeinsamen gedachten Achse angeordnet. An der Stelle, an der sie an einem gemeinsamen Doppel-T-Träger befestigt sind, be­ steht eine Lücke zwischen den beiden Längsrippen. In diesem Falle ist z. B. der Abstandshalter in der Lücke angeordnet und greift an den Stirnflächen beider Längsrippen an.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist durch den Abstandshalter zumindest unter Einwirkung der belastenden Kraft eine Längs­ stützkraft näherungsweise parallel zur Längsachse des Bau­ teils auf die Angriffsstelle ausübbar. Die Längsstützkraft stellt eine Zwangs kraft dar, durch welche das Bauteil an der Angriffsstelle in einem konstanten Abstand zu der Stützstruk­ tur gehalten wird. Durch eine solche Zwangskraft werden die Randbedingungen für die Durchbiegung des Bauteils derart ver­ ändert, daß die maximale Durchbiegung bei gleich großer bela­ stender Kraft vermindert ist.

Beispielsweise liegt die Angriffsstelle auf der Stirnfläche und außerhalb der neutralen Faser des Bauteils. Die neutrale Faser unterliegt bei der Durchbiegung weder einer Dehnung noch einer Stauchung. Bei um die Längsachse rotationssymme­ trischen Körpern liegt die Angriffsstelle insbesondere außer­ mittig (exzentrisch) auf der Stirnfläche.

Diese spezielle Anordnung der Angriffsstelle bedeutet, daß durch den Abstandshalter, insbesondere durch die Längsstütz­ kraft, in vorteilhafter Weise ein zusätzliches Biegemoment auf das Bauteil ausgeübt ist, das dem Biegemoment entgegen­ wirkt, das durch die Kraft verursacht ist, welche die Durch­ biegung hervorruft. Durch das zusätzliche Biegemoment wird die Durchbiegung insgesamt vermindert.

Vorzugsweise liegt die Angriffsstelle auf der Stirnfläche und bezüglich der neutralen Faser auf einer Seite, auf der das Bauteil bei Durchbiegung eine Längsdehnung erfährt. Bei einer derart ausgestalteten Vorrichtung ist der Abstandshalter ein­ fach und schnell zu montieren.

Üblicherweise erfährt ein durchgebogenes Bauteil auf der ei­ nen Seite der neutralen Faser eine Stauchung, und auf der an­ deren Seite eine Dehnung. Die Stauchung führt zu einer Druckspannung und die Dehnung zu einer Zugspannung im Bau­ teil. Der Dehnung läßt sich auf einfache Weise dadurch entge­ genwirken, daß durch den Abstandshalter ein Druck auf die Stirnfläche ausgeübt ist. Der auf Druck belastete Abstands­ halter ist demzufolge bei der letztgenannten Ausgestaltung durch Einklemmen oder Einstecken zwischen das Bauteil und der Stützstruktur montierbar, ohne daß eine dem Druck standhal­ tende Verbindung, z. B. eine Schweißverbindung, zwischen Ab­ standshalter und Bauteil sowie zwischen Abstandshalter und Stützstruktur nötig wäre.

Eine derartige Verbindung wäre nötig, falls der Abstandshal­ ter mit gleich großer Kraft, aber in entgegengesetzter Rich­ tung, d. h. auf Zug, belastet würde, was bei einer Ausgestal­ tung der Vorrichtung auftreten würde, bei der die Angriffs­ stelle auf einer Seite bezüglich der neutralen Faser liegt, auf der das Bauteil bei Durchbiegung eine Längsstauchung er­ fährt.

Bevorzugt umfaßt der Abstandshalter zwei Endstücke, die über eine Gewindestange verbunden und damit auf einen einstellba­ ren konstanten Mindestabstand feststellbar sind. Ein solcher Mindestabstand ist z. B. bei nicht gebogenem Bauteil gegeben. Eine derart ausgestaltete Vorrichtung bietet den Vorteil, daß sie schnell an verschiedene vorgegebene Mindestabstände oder Abstände zwischen dem Bauteil und der Stützstruktur anpaßbar ist.

Beispielsweise ist der Abstandshalter in das Bauteil und in die Stützstruktur einsteckbar. Der Abstandshalter kann auch einklemmbar sein. Diese Ausgestaltungen sind ganz besonders für einen auf Druck belasteten Abstandshalter geeignet. Durch das Einstecken oder Einklemmen, z. B. in vorgesehene Ausneh­ mungen in dem Bauteil und/oder in der Stützstruktur, werden aufwendige Schweißverbindungen vermieden und der Abstandshal­ ter bleibt auf einfache Weise wieder lösbar.

Die Aufgabe, ein Verfahren zur Verminderung der Durchbiegung eines belasteten Bauteils anzugeben, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Abstand einer Stelle auf einer Stirn­ fläche des Bauteils zu einer Stützstruktur weitgehend kon­ stant gehalten wird.

In dem Verfahren wird die Stelle bevorzugt auf der Stirnflä­ che und bezüglich der neutralen Faser des Bauteils auf einer Seite gewählt, auf der das Bauteil bei Durchbiegung eine Längsdehnung erfährt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen jeweils im Querschnitt:

Fig. 1 ein einer Kraft ausgesetztes Bauteil ohne eine Vor­ richtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 ein einer Kraft ausgesetztes Bauteil mit einer Vor­ richtung nach der Erfindung, umfassend einen Ab­ standshalter, und

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2, in dem der Abstandshal­ ter detailliert dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt ein längliches Bauteil 1, das an seinen beiden Enden jeweils durch eine - angedeutete - Schweißverbindung 2 an je einem Träger 3 befestigt ist. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich um eine Längsrippe in einem Kondensationsturm eines Kernkraftwerkes östlicher Bauart, in dem die Längsrippe dem Abstützen eines kammerbildenden Bleches dient. Der Innenraum der wassergefüllten, druckbeaufschlagten Blechkammer, von der nur der untere Teil ohne Seitenwände gezeigt ist, ist mit 5 bezeichnet. Die Träger 3 bilden zusammen mit anderen nicht dargestellten Trägern das Grundgerüst des Kondensationstur­ mes.

Senkrecht zu einer Längsachse 7 des Bauteils 1 wirkt eine be­ lastende Kraft 9 auf das Bauteil 1. Die insbesondere von oben nach unten gerichtete belastende Kraft 9 ist hervorgerufen durch den allseitig innerhalb der Blechkammer 5 wirkenden Druck und wirkt deshalb nicht nur punktuell auf das Bauteil 1 sondern verteilt über dessen gesamte Länge. Infolge der bela­ stenden Kraft 9 wird das Bauteil 1 quer zu seiner Längs­ achse 7 durchgebogen. Die Durchbiegung 13 ist im unteren Teil der Fig. 1 schematisch und überzeichnet angedeutet, wobei das Bauteil 1 durch zwei Linien repräsentiert ist, wovon die obere das unbelastete Bauteil und die untere das durchgebo­ gene Bauteil (Durchbiegung 13) darstellt. Die Durchbiegung 13 erreicht ihren maximalen Wert w_O etwa in der Mitte des Bau­ teils 1.

In Fig. 1 ist gleichfalls die neutrale Faser 11 des Bau­ teils 1 eingezeichnet. Als neutrale Faser wird im allgemeinen eine Linie oder Fläche im Bauteil bezeichnet, welche bei Durchbiegung weder eine Dehnung noch eine Stauchung in Längs­ richtung erfährt. Die neutrale Faser 11 kann bei einem im Querschnitt asymmetrischen Bauteil 1 im Längsschnitt außer­ mittig liegen, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Fig. 2 zeigt das Bauteil 1 und die Träger 3 wie in Fig. 1 mit dem Unterschied, daß je ein Abstandshalter 21 an den bei­ den Stirnflächen 23 des Bauteils 1 angreift. Der Abstandshal­ ter 21 stützt sich auf der dem Bauteil 1 abgewandten Seite an einer Stützstruktur 24 ab. Infolge der Einwirkung des Ab­ standshalters 21 auf die Stirnflächen 23 des Bauteils 1 ist die Durchbiegung 13 bei einer gleich großen belastenden Kraft 9 gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Fall vermin­ dert. Wie im unteren Teil der Fig. 2 wiederum schematisch und übertrieben dargestellt ist, erreicht die Durchbiegung 13 in etwa in der Mitte des Bauteils 1 ihrem maximalen Wert w_A.

Insbesondere dieser maximale Wert w_A ist gegenüber dem Fall vermindert, bei dem kein Abstandshalter 21 auf das Bauteil 1 einwirkt (w_A < w_O).

In Fig. 3 ist der in Fig. 2 markierte Ausschnitt genauer dargestellt, allerdings ohne daß auf das Bauteil 1 die bela­ stende Kraft 9 einwirkt. Bei Einwirkung der belastenden Kraft 9, wie in Fig. 2 dargestellt, würden die Stirnflä­ che 23 des Bauteils 1 ihre Lage verändern. Dies ist auch eine Folge der begrenzten Verwindungssteifigkeit des Trägers 3. Falls kein Abstandshalter 21 angebracht wäre, würde sich un­ terhalb der neutralen Faser 11, d. h. auf der der belastenden Kraft 9 abgewandten Seite bzgl. der neutralen Faser 11, die Stirnfläche 23 infolge der eintretenden Durchbiegung und/oder Längsdehnung in Richtung auf die Stützstruktur 24 zube­ wegen. Oberhalb der neutralen Faser 11 würde sie sich auf­ grund der eintretenden Durchbiegung und/oder Längsstauchung geringfügig von der Stützstruktur 24 wegbewegen.

In dem gezeichneten Beispiel ist die Stützstruktur 24 ein Nachbarbauteil vom Typ des Bauteils 1, auf das - im Bela­ stungsfall infolge des Druckes im Inneren der Blechkammer 5 - gleichfalls eine - nicht eingezeichnete - belastende Kraft von oben einwirkt. Eine dem Bauteil 1 zugewandte Stirnfläche 25 der Stützstruktur 24 würde ihre Lage bei einwirkender bela­ stender Kraft deshalb in analoger Weise wie die Stirnflä­ che 23 des Bauteils 1 verändern. Dem somit resultierenden Aufeinanderzubewegen der Stirnflächen 23, 25 des Bauteils 1 bzw. der Stützstruktur 24 wirkt der Abstandshalter 21 entge­ gen. Der Abstandshalter 21 greift deshalb auf der Stirnflä­ che 23 des Bauteils 1 an einer Angriffsstelle 26 an, die un­ terhalb der neutralen Faser 11 liegt. In gleicher Weise greift der Abstandshalter 21 auf der Stirnfläche 25 der Stützstruktur 24 an einer unterhalb der neutralen Faser der Stützstruktur 24 gelegenen Angriffsstelle 27 an. Der Ab­ standshalter 21 übt ein Biegemoment auf das Bauteil 1 und die Stützstruktur 24 aus, das der Durchbiegung entgegenwirkt.

Der Abstandhalter 21 umfaßt zwei Endstücke 28A, 28B, die über eine Gewindestange 29 miteinander verbunden sind. Ein erstes der Endstücke 28A ist über eine Schweißverbindung 30 mit der Gewindestange 29 verschweißt.

Mittels einer auf der Gewindestange 29 aufgeschraubten Schraubmutter 31 ist ein vorgebbarer Mindestabstand zwischen den Endstücken 28A, 28B einstellbar. Durch das zweite End­ stück 28B ist die Gewindestange 29 hindurchführbar und der überstehende Teil in einem Hohlraum im Bauteil 1 versenkbar. Die Schraubmutter 31 drückt im eingebauten Zustand über eine Unterlegscheibe 32 auf das zweite Endstück 28B.

Der Abstandshalter 21 ist mittels zwei Zentrierstücken 40 in je eine Aussparung im Bauteil 1 und in der Stützstruktur 24 eingeklemmt. Er ist auf diese Weise montierbar, ohne daß Schweißverbindungen zwischen dem ersten Endstück 28A und der Stützstruktur 24 bzw. zwischen dem zweiten Endstück 28B und dem Bauteil 1 notwendig wären.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Verminderung der Durchbiegung (13) eines einer belastenden Kraft (9) ausgesetzten Bauteils (1), wobei die Durchbiegung (13) quer zur Längsachse (7) des Bauteils (1) auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Angriffsstelle (26) auf einer Stirnfläche (23) des Bauteils (1) ein Abstandshalter (21) angreift, durch den der Abstand der Angriffsstelle (26) zu einer Stützstruktur (24) weitgehend konstant haltbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz­ struktur (24) ein Nachbarbauteil vom Typ des Bauteils (1) ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Abstandshalter (21) zumindest unter Einwirkung der belasten­ den Kraft (9) eine Längsstützkraft näherungsweise parallel zur Längsachse (7) des Bauteils (1) auf die Angriffsstelle (26) ausübbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ griffsstelle (26) auf der Stirnfläche (23) und außerhalb der neutralen Faser (11) des Bauteils (1) liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ griffsstelle (26) auf der Stirnfläche (23) und bezüglich der neutralen Faser (11) auf einer Seite liegt, auf der das Bau­ teil (1) bei Durchbiegung eine Längsdehnung erfährt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ standshalter (21) zwei Endstücke (28A, 28B) umfaßt, die über eine Gewindestange (29) verbunden und damit auf einen ein­ stellbaren konstanten Mindestabstand feststellbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ standshalter (21) in das Bauteil (1) und in die Stützstruktur (24) einsteckbar oder einklemmbar ist.

8. Verfahren zur Verminderung der Durchbiegung (13) eines ei­ ner belastenden Kraft (9) ausgesetzten Bauteils (1), wobei die Durchbiegung (13) quer zur Längsachse (7) des Bauteils (1) auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand einer Stelle (26) auf einer Stirnfläche (23) des Bauteils (1) zu einer Stützstruktur (24) weitgehend konstant gehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle (26) auf der Stirnfläche (23) und bezüglich der neutralen Fa­ ser (11) des Bauteils (1) auf einer Seite gewählt wird, auf der das Bauteil (1) bei Durchbiegung eine Längsdehnung er­ fährt.