DE2917848C2 - Mittels gespannter Bewehrungen vorgespannter zylindrischer Betondruckbehälter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen mittels gespannter Bewehrungen vorgespannten zylindrischen Betondruckbehälter für eine Kernreaktoranlage, der eine Anzahl von mit metallischen Linern ausgekleideten Hohlräumen und Durchführungen aufweist, wobei in den einzelnen Kavernen und Durchführungen unterschiedliche Betriebsdrücke herrschen.

Bekanntlich muß jeder Kernreaktor — ganz unabhängig von dem jeweiligen Reaktortyp — zur Abschirmung der bei der Kernspaltung imReaktorkern erzeugten Strahlung mit einer für schädigende Strahlungen undurchlässigen Umhüllung umgeben sein. Weiterhin müssen unter Überdruck arbeitende Reaktoren, d. h. Reaktoren, bei denen die Kühlung mittels eines unter Überdruck stehenden (meist gasförmigen) Kühlmittels erfolgt, in eine vollkommen dichte und druckfeste Hülle eingeschlossen sein, den sogenannten Druckbehälter. Es ist bekannt, den Strahlenschutzmantel und den Druckbehälter zu einer dichten und zugleich druckfesten Ummantelung zusammenzufassen, die die Aufgaben sowohl des biologischen Strahlenschutzes als auch des vollständigen, den inneren Überdruck aufnehmenden Abschlusses des Kernreaktors übernimmt. Diese Ummantelung ist aus Beton hergestellt, in dem /ur Erhöhung der Druckfestigkeit und der Dichtigkeit mittels gespannter Bewehrungen im wesentlichen nach innen gerichtete Vorspannungen erzeugt werden, die größer sind als die durch den Überdruck des im Innern vorhandenen Kühlmittels erzeugten Spannungen.

Es ist bereits eine Reihe von zylindrischen Spannbetondruckbehältefn bekannt, die in Richtung der Behälterachse und quer dazu vorgespannt sind, wobei die. Längsvorspannung mittels einer Bewehrung erzeugt wird, die die Zylinderwandung parallel zur Behälterachse durchsetzt und an den Stirnseiten des Zylinders bzw. an einer oberen und unteren Abschlußplatte verankert JsL Die quer zur Behälterachse v/irkende Vorspannung ist bei den einzelnen Behältertypen auf verschiedene Art realisiert.

So ist in der Offenlegungsschrift 16 84 651 ein Spannbetondruckbehälter dargestellt, bei dem die quer zur Behälterachse oder horizontal angeordneten Spannkabel ringförmig ausgebildet und innerhalb der Betonwandung verlegt sind, wodurch in dem Beton die erforderliche Vorspannung in tangentialer Richtung erzeugt wird. Die einzelnen Kabelgruppen umspannen jeweils 180° und sind gegeneinander versetzt. Der Druckbehälter ist als Hohlzylinder ausgebildet, wobei der hohle Innenraum zur Aufnahme des Reaktorkerns bestimmt ist Eine Anzahl von Ausnehmungen, die sich senkrecht durch die Zylinderwandung erstrecken und auf einem Teilkreis um den Innenraum angeordnet sind, dienen zur Aufnahme von Wärmetauschern. Die horizontalen Spannkabel sind so geführt, daß sie zwar innci halb des Betons, aber außerhalb der Ausnehmungen verlaufen.

Alle bekannten Spannbetondruckbehälter sind auf volle Vorspannung (d. h. auf den maximalen Innendruck des Behälters) ausgelegt, wobei nicht nur die Zugspannungen in den Betonquerschnitten, sondern auch diejenigen in den örtlichen Bereichen weittstgehend von den gespannten Bewehrungen aufgenommen werden. Diese Auslegungsgrundlage führt wegen des hohen Vorspannungsniveaus und der großen Bewehrungsdichte bereits bei einfachen Behältergeometrien zu einer unwirtschaftlichen Bauweise, und Druckbehälter mit einer komplexen Geometrie lassen sich praktisch nicht realisieren. Außerdem entstehen wegen der hohen Bewehrungsdichte bei der Konstruktion und der Montagetechnik Engpässe, die sich negativ auf die Montagezeil auswirken und die Baukosten entsprechend erhöhen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen vorgespannten zylindrischen Betondruckbehälter des eingangs beschriebenen Typs zu schaffen, der sich unter Einhaltung der geforderten Sicherheiten mit größerer Wirtschaftlichkeit realisieren läßt und in jeder beliebigen Geometrie hergestellt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorspannung des Betonbehälters auf einem solchen Niveau erfolgt,

daß die Zugspannungen in an sich bekannter Weise nicht in allen Querschnitten überbrückt werden, daß die teilweise Vorspannung des Betonbehälters für die während des Betriebs tatsächlich in den Kavernen und Durchführungen vorhandenen Drücke bemessen wird, wobei örtliche Spitzen von Zugspannungen, die im Betonbehälter infolge des niedrigeren Vorspannungsniveaus im Betriebszustand auftreten,durch Kraftumlagerung unter örtlicher Zugrißbildung im Beton abgebaut werden und die Kraftumlagerung vom Beton auf Spannkabel, schlaffe Bewehrungen, die metallischen Liner sowie deren Verankerungen erfolgt und wobei die Breite der örtlichen Zugrisse im Beton durch die Spannkabel, schlaffen Bewehrungen, metallischen Liner und deren Verankerungen begrenzt wird.

Die Zulassung der Zugrisse in örtlichen Bereichen des Betons führt zu einer Umverteilung der Spannungen sowie zum Abbau von Spannungsspitzen in den Bclonquerschnitten, so daß zur Aufnahme der in den Beton- ;■ querschnitten vorhandenen Zugkräfte ein niedrigeres Vorspannungsniveau genügt. Dieses erzeugt auch kleinere Spaltzugkräfte im Beton und erfordert damit weniger Spannkabel und geringere Bewehrungsqucrsehnillc zur Aufnahme dieser Kräfte. Durch die Reduzierung des Vorspannungsniveaus und der Bewehrungsqucr-

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schnitte in der Betonstruktur wird die Errichtung eines nen Kavernen, in denen die wärmetauschenden Appara-Betondruckbehälters wesentlich erleichtert und im Falle te installiert sind, unerschiedliche Drücke und Temperaeiner komplexen Behältergeometrie, wie z. B. für Ein- türen.

kreis-, Zweikreis- oder kombinierte Anlagen, überhaupt Es kann zweckmäßig sein, solche Spannkabel, die nur

erst ermöglicht. 5 in örtlich begrenzten Bereichen benötigt werden, nicht

Zur Aufnahme von noch verbleibenden örtlichen mehr bis an die Behälteraußenseite zu führen und sie Zugkräften im Beton werden neben den Bewehrungen dort zu verankern, sondern die Verankerung innerhalb die Spannkabel herangezogen, die auch zur Rissevertei- der Betonwandung vorzunehmen. Auf diese Weise läßt lung beitragen; dabei wird durch Verpressen der Spann- sich Spannstahl einsparen, und man gewinnt menr Freikabel mit Zementmörtel ein Verbund zwischen ihnen io heit in der Anordnung der Ankerplatten für die Spann- und der Betonstruktur hergestellt, der Kräfte übertra- köpfe, gen kann. Ein Teil der Last wird von den metallischen Linern und Kavernen und Durchführungen sowie von deren Verankerungen aufgenommen. Die metallischen Liner tragen ebenfalls zur Erzielung einer gleichmäßigen Risseverteilung im Beton bei. Eine großflächige plastische Verformung der Liner im Druckbereich ist dabei zulässig.

Bei der Auslegung der Liner und deren Verankerungen sowie der Bewehrungen zur Risseverteilung und Aufnahme örtlicher Zugkräfte wird auch die Verstauchung dieser Komponenten durch die Vorspannung berücksichtigt. Dadurch können diese Komponenten für einen größeren Spannungsbereich ausgenutzt werden.

Insgesamt führt die Anwendung der Erfindung zu einer optimalen Spannungsverteilung im Beton und damit auch zu niedrigeren Beanspruchungen der Betonquerschnitte. Dies wiederum hat zur Folge, daß die sich infolge der Vorspannung und des Kriechens des Betons einstellenden Betondeformationen kleiner ausfallen, so daß die metallischen Liner der Hohlräume und Durchführungen weniger belastet werden, ^erner ergeben sich für einen Betondruckbehälter gemäß der Erfindung kleinere Abmessungen und größere konstruktive Freiheitsgrade. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sowohl im Betriebs- wie im StörfaH optimale Spar.nungs-Verhältnisse vorliegen.

Der erfindungsgemäße Betondruckbehälter kann somit in wirtschaftlicher Weise hergestellt und betrieben werden, ohne daß die an ihn gestellten Sicherheitsanforderungen eingeschränkt werden müssen.

Gemäß der Erfindung wird der vorgespannte zylindrische Betondruckbehälter nicht auf Nenndruck ausgelegt, sondern es werden bei der Auslegung die unterschiedlichen Betriebsdrücke in den einzelnen Kavernen und Durchführungen berücksichtigt. Das heißt der Gesamtdruckbehäiter wird nicht auf den in nur wenigen Kavernen herrschenden Maximaldruck ausgelegt, sondern es werden die tatsächlich vorhandenen Kavernendrücke in den einzelnen Bereichen zugrunde gelegt.

Bei einer Ausführungsvariante wird der Betondruckbehälter auf Mischdrücke ausgelegt, die sich bei Verbindung der einzelnen Kavernen mit unterschiedlichen Drücken einstellen. Die letztgenannten Maßnahmen lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Betondruckbehälter gut durchführen, da er besser auf die unterschiedlichen Beanspruchungen in der Betonstruktur ausgelegt werden kann als die bisher in Kernreaktoranlagen eingesetzten Spannbetondruckbehälter, die auf vollen Nenndruck vorgespannt sind.

Für die Verwendung des erfindungsgemäßen Betondrückbehälters kommt häuptsächlich ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Kühlgaskreislauf in Betracht. Es weist mindestens einen aus Turbine und Verdichter bestehenden Gasturbosatz und eine Reihe von wärmetauschenden Apparaten auf sowie einen zentral angeordneten Hochtemperaturreaktor. Durch die verschiedenen Kühl- und Druckstufen herrschen in den einzel-

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mittels gespannter Bewehrungen vorgespannter zylindrischer Betondruckbehälter für eine Kernreaktoranlage, der eine Anzahl von mit metallischen ünern ausgekleideten Hohlräumen und Durchführungen aufweist, in denen während des Betriebs unterschiedliche Drücke herrschen dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des Betonbehälters auf einem solchen Niveau erfolgt, daß die Zugspannungen in an sich bekannter Weise nicht in allen Querschnitten überbrückt werden,

   daß die teilweise Vorspannung des Betonbehälters für die während des Betriebs tatsächlich in den Kavernen und Durchführungen vorhandenen Drücke bemessen wird, wobei örtliche Spitzen von Zugspannungen, die im Betonbehälter infolge des niedrigeren Vorspannungsniveaus im Betriebszustand auftreten, durch Kraftumlagerung unter örtlicher Zugrißbildung im Beton abgebaut werden und die Kraftumlagerung vom Beton auf Spannkabel, schlaffe Bewehrungen, die metallischen Liner sowie deren Verankerungen erfolgt und wobei die Breite der örtlichen Zugrisse im Beton durch die Spannkabel, schlaffen Bewehrungen, metallischen Liner und deren Verankerungen begrenzt wird.