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Abstützung für einen Druckbehälter
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Die Erfindung betrifft eine Abstützung für einen Druckbehälter, insbesondere
für einen Druckbehälter aus Spannbeton für Kernreaktoren, mit einer zwischen einem
Fundament und dem Druckbehälter angeordneten Ringstützwand.
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Druckbehälter großer Abmessungen werden insbesondere zur Aufnahme
von Kernkraftwerkskomponenten gebaut. Als Druckschale für den radioaktiven Primärkreislauf
und Schutzschranke zur Zurückhaltung von Spaltprodukten hat der Druckbehälter bzw.
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Spannbetondruckbehälter bei Kernkraftwerken alle wesentlichen Sicherheitsaufgaben
zu erfüllen. Die Druckbehälter bestehen im wesentlichen aus einer aus vorgespannntem
Beton gebildeten drucktragenden Außenhülle, die mit einem Liner abgedichtet ist
und eine Kaverne einschließt. Die Funktion der Abschirmung übernimmt der Beton.
Die Gasdichtigkeit wird durch
den Liner, die Panzerrohre und Behälterabschlüsse
gewährleistet. Aus Festigkeitsgründen ergeben sich große Betonstärken, so das der
Druckbehälter hinsichtlich der Abschirmung stark übe+imensioniert ist. Aufgrund
der Uberdimensionierung des Druckbehälters ergeben sich Probleme in Bezug auf die
Lagerung des Druckbehälters. Die Lagerung des Druckbehälters soll in allen denkbaren
Belastungen von innen und von außen beständig sein. Aus dieser Forderung heraus
hat der Druckbehälter bzw. Spannbetondruckbehälter die Form eines stehenden * linders
mit ebenen Böden, die eine Ringvorspannung erhalten.
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Es ist bekannt, den Behälter über eine Ringwand auf der Fundamentplatte
abzustützen (Anmeldung P 30 18 881.2) Die Ringwand ist mit Lagern versehen, um eine
freie Dehnung des Druckbehälters zu ermöglichen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Lagerung des Druckbehälters anzugeben, die erdbebensicher und bewegungsarm
ist, die ausgeglichene Beankpruchungsverhältnisse im Druckbehälter bzw.
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Spannbetondruchbehälter ergebenund eine gute Ableitung der Kräfte
ins Fundament bei einer optimalen Platzgestaltung unterhalb des Spannbetondruckbehälters
ermöglicht.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Abstützung der eingangs
gehannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Druckbehälter auf der Ringstützwand
frei beweglich aufliegt und durch wenigstens eine innerhalb der Ringstützwand angeordneteNStütze
mit dem Fundament fest verbunden ist.
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Die Stütze innerhalb der Ringwand stellt eine feste Verbindung zwischen
dem Fundament und dem Behälter dar, wodurch der Behälter in seiner vorgegebenen
Lage auch bei besonderen Beanspruchungen wie z. B. bei Erdbeben, gehalten
wird.
Die Bewegungen des Behälters bei Gebrauchzuständen, Erdbeben und auch eventuellen
Einwirkungen von außen auf den Druckbehälter werden minimiert und vergleichsmäßigt.
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Verschiebungen zwischen der Ringstützwand und dem Druckbehälter werden
kompensiert. Die Verschiebungen können sich aus temperaturbedingten Längenänderungen
des Druckbehälters, oder auch aus den oben erwähnten evtl. Erdschwingungen zusammensetzen.
Hierbei kann man die Bewegungen in horizontale und vertikale Bewegungen des Druckkörpers
zerlegen. Die Verschiebungen aus den temperaturbedingten Längenänderungen des Druckkörpers
sind speziell horizontale Bewegungen des Druckkörpers. Diese Verschiebungen können
gut über die bewegliche Auflagerung auf der Ringstützwand abgebaut werden.
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Verschiebebewegungen bei Erdverschiebungen oder leichten Erdbeben
handelt es sich um zusammengesetzte horizontale und vertikale Bewegungen. Die vertikalen
Bewegungen des Druckkörpers werden hierbei über die zentrale Festeinspannung der
Mittelstütze aufgenommen und dadurch sehr klein gehalten. Der Druckbehälter ist
über die zentrale Mittelstütze fest filiert bei diesen vertikalen Bewegungen. Dagegen
werden die horizontalen Verschiebebewegungen ähnlich gut aufgenommen wie die Verschiebebewegungen
bei den oben genannten temperaturbedingten Längenänderungen des Druckbehälters.
Bei den horizontalen Verschiebebewegungen des Druckbehälters gibt die Plastizität
der zentralen Festeinspannung den Auslenkungen in horizontaler Richtung, gemäß den
Dehnungskoeffizienten der bauseits abgesicherten Betonverformung, nach. Je nachdem
wie groß das Verhältnis z. B. bei Horizontalschwingungen der Amplitude und Frequenz
der Erdschwingungen einerseits, zum Trägheitsmoment des Druckbehälters andererseits
zueinander sind, können sich die entstehenden Kräfte aufheben, oder die Beschleunigungskräfte
am gesamten Druckkörper zumindest reduziert werden. Das heißt, im günstigsten Fall
schwingt das Fundament bei Erdschwingungen unter dem Druckbehälter horizontale hin
und her und der Druckbehälter bleibt aufgrund
seiner losen Auflagerung
auf der Ringstützwand und seiner Massenträgheit in relativer Ruhe. Das gesamte Lagerungssystem,
zentrale Festeinspannung durch die mittlere Stütze und die lose Lagerung auf der
Ringstützwand kann mit der Massenträgheit des Druckbehälters als eine Art Schwingungsimpedanz
bei bestimmten Erdschwingungen wirken.
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Die Abführung der Gesamtkräfte vom Druckbehälter in das Fundament
ist damit erdbebensicher. Die einfache Ausführung ist spannungsoptimal für die Stützwand
und den Druckbehälter im Bodenbereich, sowie platzoptimal und wirtschaftlich.
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Die Verbindung zwischen-der Stütze und dem Behälter erfolgt durch
Spannkabel . Die Spannkabel sind dem Momentenverlauf im Ubergangsbereich zwischen
der Unterseite des Spannbetondruckbehälters und dem oberen Teil der Stütze angepaßt.
Die Spannkabel können vorgespannt sein.
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Die zentral eingespannte Abstützung ist als Ganzes dem Momentenverlauf
an der;Einspannstelle angepaßt, wodurch sich bei dieser beanspruchungsgerechten
Ausführung minimaler Platzbedarf an der Einspannstelle am Druckbehälter ergibt,
gerade an der Stelle, die durch Kabelverankerungen und Behälterdurchführungen grundsätzlich
Platzprobleme aufweist.
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Das Hauptgewicht des Druckbehälters wird über die große Fläche der
Ringstützwand in das Fundament abgetragen. Die zentrale Festeinspannung zwischen
Druckbehälter und Fundament fixiert den Druckbehälter in vertikaler Richtung.
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Die Ringstützwand kann teilweise vertikal unterbrochen sein.
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Durch diese Ausbildung der Ringstützwand können Verformungen des Betonkörpers
durch Kriechen sowie auch durch Temperaturbelastungen, die durch die verschiedensten
Betriebs- oder
etwaigen Störfälle auftreten können, aufgefangen
werden.
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Neben der Hauptaufgabe der Lastabtragung des beweglich aufliegenden
Druckbehälters übernimmt die Ringstützwand noch die Abschirmung der Strahlung im
Abzugsbereich der Brennelemente unterhalb des Spannbetondruckbehälters. Die Ringstützwand
wirkt als Stabilisierung der gesamten Lagerung des Druckbehälters.
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Die Stütze verjüngt sich vom Fundament zum Druckbehälter hin. Das
Flächenverhältnis oder besser das Kreisquerschnittverhältnis der Oberfläche der
Stütze an der Einspannstelle am Druckbehälter und der unteren Fläche am Fundament
beträgt ca. 1/20. Die Form der zentralen Festeinspannung der Stütze ist dem Momentenverlauf
angepaßt und kann je nach den Beanspruchungen und Erfordernissen auch innen hohl
gewählt werden, Die mittlere Stütze ist dem Momentenverlauf angepaßt und nimmt dadurch
axiale Zug- und Druckkräfte sehr gut auf. Die Führung der Spannkabel im Beton an
der Ubergangs- bzw. Einspannstelle vom Druckbehälter zum oberen Teil der Stütze
erfolgt ebenfalls dem Momentenverlauf folgend.
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Damit ist diese hauptsächlich beanspruchte Übergangsstelle nach den
statischen und dynamischen Beanspruchungen maximal ausgelegt und erfüllt die bautechnischen
Grundlagen.
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Die Stütze hat einen kreisförmigen Querschnitt. Dies ist die wirtschaftlichste
und einfachste Ausführungsform. Falls es erforderlich ist, kann die oben erwähnte
Ausführung der Stütze auch einen Hohlraum in axialer Richtung der Stütze vorsehen.
Dieser Hohlraum kann aus Gründen der Steifigkeit oder aus Gründen der einfachen
Verlegung von Versorgungs-oder anderen Leitungen innerhalb der Stütze gewählt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Figurenbeschreibung
hervor.
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Die Figur zeigt eine Abstützung eines Druckbehälters auf einem Fundament.
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Zwischen einem Fundament 4 und einem Druckbehälter 2, wie hier einem
Spannbetondruckbehälter, sind eine Stütze 1 und eine Ringstützmauer 3 angeordnet.
Die Stütze 1 befindet sich in der Mitte des zylindrischen Druckbehälters 2. Am äußeren
Rand des Druckbehälters 2 umgibt die Ringstützmauer 3 die Stütze 1 kreisförmig,
wobei diese voll oder teilweise geschlossen gewählt werden kann. Die Stütze 1 verjüngt
sich im Querschnitt 7 vom Fundament 4 zum Druckbehälter 2 hin. Diese Form der Stütze
1 führt zu einem minimalen Platzbedarf an der Einspannstelle 6. Diese Einspannstelle
6 befindet sich unterhalb des Druckbehälters 2, gerade an der Stelle, welche grundsätzlich
Platzprobleme aufwirft, da hier die nicht gezeigten Kabelverankerungen und Behälterdurchführungen
den gesamten Bodenbereich des Druckbehälters 2 annähernd ausfüllen. Die Querschnittsänderung
7 der Stütze 1 führt zu einem günstigen Momentenverlauf innerhalb der Stütze 1 und
zu einer Minimierung der Platzprobleme unterhalb des Druckbehälters 2. Spannkabel
8 sind innerhalb der Stütze 1 ebenfalls entsprechend dem Momentenverlauf der Einspannstelle
verlegt. Die Weiterführung der Spannkabel 8 im unteren Deckenbereich des Druckbehälters
1 ist den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt.
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Die zentral eingespannte Stütze 1 fixiert den Druckbehälter 2 axial
über dem Fundament 4. Die Lagerung auf der Ringstützwand 3 ist dagegen radial verschiebbar.
Die Ringstützwand 3 übernimmt im unteren Bereich des Druckbehälters 2 die gesamte
Strahlenabschirmung. Zwischen dem Druckbehälter 2 und der Ringstützwand 3 befinden
sich Lager 5.
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