安全殼預(yù)埋應(yīng)變計(jì)失效可替代方法的研究

宋永軍

摘要：EAU系統(tǒng)為核電站安全殼儀表系統(tǒng)，其功能是用于監(jiān)測(cè)安全殼的結(jié)構(gòu)性能，為反應(yīng)堆的安全運(yùn)行保駕護(hù)航，是繼核燃料包殼、一回路承壓邊界后的第三道安全屏障的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，亦是安全殼建造完成后結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗(yàn)收的評(píng)估系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)CPR1000核電技術(shù)堆型的EAU系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括：局部應(yīng)變測(cè)量、熱電偶溫度測(cè)量、水準(zhǔn)罐相對(duì)沉降測(cè)量、鉛垂線位移測(cè)量、預(yù)應(yīng)力鋼纜測(cè)量。EAU儀表系統(tǒng)具有重要的安全監(jiān)測(cè)功能，但由于建造期間存在多種因素導(dǎo)致預(yù)埋在安全殼混凝土內(nèi)的應(yīng)變計(jì)存在部分損壞或者安裝方向偏離原有設(shè)計(jì)要求，數(shù)據(jù)無(wú)法讀取或者數(shù)據(jù)異常，同時(shí)鑒于預(yù)埋混凝土的異常儀表無(wú)法修復(fù)或重置，就需要從結(jié)構(gòu)受力面尋求替代原有結(jié)構(gòu)性能的評(píng)估方法。本文基于某核電站3號(hào)機(jī)組安全殼整體試驗(yàn)期間，對(duì)安全殼筒體及穹頂兩個(gè)重要結(jié)構(gòu)位置張貼表面式應(yīng)變計(jì)，對(duì)安全殼預(yù)埋應(yīng)變計(jì)及張貼應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，用于指導(dǎo)實(shí)體工程中存在測(cè)點(diǎn)異常時(shí)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：安全殼;應(yīng)變計(jì);失效;替代方法

1 方案介紹

在安全殼表面對(duì)應(yīng)預(yù)埋應(yīng)變計(jì)的位置張貼表面式應(yīng)變計(jì)，在安全殼整體打壓試驗(yàn)期間，對(duì)表面式應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)與預(yù)埋應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，論證當(dāng)安全殼預(yù)埋應(yīng)變計(jì)不可用時(shí)，使用表面式應(yīng)變計(jì)替代預(yù)埋應(yīng)變計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)評(píng)估的可行性。EAU系統(tǒng)在筒體26米標(biāo)高4個(gè)方位預(yù)埋有豎向及環(huán)向應(yīng)變計(jì)，在對(duì)應(yīng)位置表面張貼表面應(yīng)變計(jì)，同時(shí)考慮到環(huán)境溫度對(duì)傳感器測(cè)試精度的影響，筒壁每個(gè)測(cè)試區(qū)增設(shè)一支零應(yīng)力傳感器，將應(yīng)變計(jì)接入便攜式自動(dòng)化采集系統(tǒng)，對(duì)安全殼整體試驗(yàn)期間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集頻率為15分鐘一次。由于不能在混凝土表面開(kāi)孔，傳感器的兩側(cè)固定端塊采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠粘貼在混凝土表面。零應(yīng)力傳感器由鐵質(zhì)基板和傳感器構(gòu)成，傳感器的安裝端塊用結(jié)構(gòu)膠固定在基板上，基板一端粘貼在混凝土表面，另一端懸空。表面式應(yīng)變計(jì)安裝在混凝土表面，容易受到陽(yáng)光直射影響，且安全殼整體打壓試驗(yàn)持續(xù)數(shù)天，晝夜溫差大，傳感器易受溫度干擾，需加裝隔熱罩。現(xiàn)場(chǎng)安裝效果圖下：

2 數(shù)據(jù)處理及對(duì)比分析

根據(jù)傳感器的檢測(cè)原理，應(yīng)變傳感器檢測(cè)混凝土應(yīng)變主要包括三種類型的應(yīng)變：直接輸出應(yīng)變、傳感器自身的溫度應(yīng)變、混凝土的自由膨脹收縮溫度應(yīng)變。剔除傳感器自身溫度應(yīng)變的應(yīng)變值為真實(shí)應(yīng)變，進(jìn)一步剔除混凝土溫度應(yīng)變的應(yīng)變值為修正后應(yīng)變，修正后應(yīng)變用于混土應(yīng)力計(jì)算。零應(yīng)力傳感器主要用于校正溫度對(duì)應(yīng)變?cè)斐傻挠绊懀囼?yàn)過(guò)程中基板不收外力影響，變形由基板熱脹冷縮產(chǎn)生，應(yīng)變傳感器的理論應(yīng)變與基板的溫度應(yīng)變相同。應(yīng)變測(cè)量基于一個(gè)參考點(diǎn)，選擇安全殼整體試驗(yàn)前0bar.g下的應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。穹頂內(nèi)外數(shù)據(jù)對(duì)比及筒體110gr切向內(nèi)外數(shù)據(jù)對(duì)比如下圖。

3、結(jié)論

①外貼式應(yīng)變計(jì)與預(yù)埋應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變對(duì)比具有相似的趨勢(shì)和相當(dāng)?shù)牧考?jí)，應(yīng)變曲線良好的體現(xiàn)了加壓與卸壓過(guò)程，并捕捉到了最高壓力峰值應(yīng)變，證明采用外貼加裝的方式替代原有故障預(yù)埋式應(yīng)變計(jì)的方法是切實(shí)可行的。

②穹頂內(nèi)外應(yīng)變計(jì)曲線變化規(guī)律基本保持一致，且變形響應(yīng)與壓力變化保持基本同步，符合基本力學(xué)規(guī)律。筒體四個(gè)方位切向內(nèi)外應(yīng)變計(jì)曲線有很高的吻合度，僅外貼應(yīng)變計(jì)計(jì)算的實(shí)際應(yīng)變值比內(nèi)置傳感器計(jì)算的實(shí)際應(yīng)變值稍高一點(diǎn)，這也與理論情況相符。

③外貼式應(yīng)變計(jì)受環(huán)境影響非常大，此因素甚至能夠決定試驗(yàn)是否可以得到理想數(shù)據(jù)。因此外貼式應(yīng)變計(jì)使用時(shí)必須采取有效的隔熱保溫措施，采用保溫材料制成的隔熱罩有良好的保溫效果。

④外貼式應(yīng)變計(jì)在溫差較大的區(qū)域長(zhǎng)期使用時(shí)，必須進(jìn)行精確的溫度修正，而設(shè)置可靠的零應(yīng)力應(yīng)變計(jì)是獲得可靠溫度修正系數(shù)的重要措施。采用的自由鋼板粘貼表面式應(yīng)變計(jì)是良好的實(shí)踐，同時(shí)提高溫度修正的精度還有很多研究空間。

⑤外貼式應(yīng)變計(jì)在復(fù)雜環(huán)境下工作，受外界因素的影響，數(shù)據(jù)會(huì)有一定的變異性，因此應(yīng)用時(shí)必須設(shè)置一定數(shù)量的備用傳感器進(jìn)行相互驗(yàn)證。

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