Оболочка реакторного отделения

 

Использование: в конструкциях оболочек реакторного отделения и других сооружений с защитными оболочками, воспринимающими повышенные нагрузки, возникающие как изнутри, так и снаружи оболочки. Цель изобретения - снижение материалоемкости и повышение надежности работы конструкции оболочки реактивного отделения. Сущность изобретения: на наружной и внутренней поверхностях стенки оболочки, в которой выполнен сковозной проем, образованы утолщения, состоящие из сопряженных между собой фланцев, рампы, обеспечивающие снижение аварийных нагрузок на краях проема. Поверхности фланцев и рамп выполнены таким образом, что их криволинейность повторяет эпюру спада тангенциальных растягивающих напряжений вблизи проема. 1 з. п. ф - лы, 5 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям оболочек реакторного отделения и других сооружений с защитными оболочками, воспринимающими повышенные нагрузки, возникающие как изнутри, так и снаружи оболочки.

Известна конструкция оболочки камеры высокого давления, включающая стенку с проемом, ограждение, установленное внутри проема вровень с наружной и внутренней боковыми поверхностями оболочки, гибкие элементы (арматуру), соединенные с натяжными устройствами и образующие внутреннюю кольцевую балку [1] Недостаток этой конструкции появление чрезмерных перерезывающих напряжений вблизи проема из-за недостаточной толщины внутренней балки, соизмеримой с толщиной оболочки. Поэтому необходимо усиливать этот участок армированным бетоном, что приводит к повышению материалоемкости оболочки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является оболочка реакторного отделения, включающая расположенные на наружной и внутренней поверхностях утолщение стенки оболочки вокруг проема в виде фланца, края которого с уступом соединены со стенкой защитной оболочки, ограждение проема, и гибкие элементы (арматуру) из вертикальных, кольцевых и диагональных стержней, размещенных в утолщении стенки оболочки [2] Недостаток известной конструкции оболочки заключается в том, что наличие изготовленных со стенкой оболочки железобетонных фланцев не ликвидирует перепад моментов и перерезывающих усилий в местах соединения уступов фланцев со стенкой оболочки, что приводит к недостаточной надежности работы оболочки, а при усилении этих мест к повышению материалоемкости конструкции оболочки.

Цель изобретения снижение материалоемкости и повышение надежности работы конструкции оболочки реакторного отделения.

Указанная цель достигается тем, что в оболочке реакторного отделения, включающей дугообразную железобетонную стенку с наружной и внутренней поверхностями, в которой выполнен сквозной проем с ограждением и утолщениями вокруг проема в виде симметричных относительно центра проема фланцев, расположенных на наружной и внутренней поверхностях стенки, и гибкие элементы из арматурных стержней, размещенных в утолщении стенки, новым является то, что она снабжена рампами, выполненными концентрично фланцам на наружной и внутренней поверхностях стенки. Покатая поверхность рамп и поверхность фланцев сопряжены между собой и выполнены по дуге, кривизна которой для фланца с рампой, расположенных на наружной поверхности стенки, больше ее кривизны, а для фланца с рампой, расположенных на внутренней поверхности стенки, меньше ее кривизны.

Радиус кривизны R_н(в) сопряженных между собой поверхностей фланца с рампой, расположенных на наружной (н) и внутренней (в) поверхностях стенки оболочки, можно определять по следующей математической зависимости: R_н(в)= R₂+ где R₁= Rcos α, R₂≅ R ± (минус для определения радиуса R_в кривизны поверхности фланца с рампой, расположенной с внутренней стороны стенки оболочки); αarc(sinl/R); l=r+h_н(в); R радиус оболочки наружной (внутренней), внутренний для определения R _в; б толщина стенки с фланцами на границе с проемом; в толщина стенки оболочки;
r радиус сквозного проема;
h_н(в) ширина сопряженных между собой поверхностей фланца с рампой наружная (внутренняя), внутренняя для определения R_в.

Существенные признаки, касающиеся снабжения фланцев рампами, замоноличенными в бетон стенки оболочки, обеспечивают снятие разрушающих напряжений в материале оболочки вблизи проема, а уменьшение ширины фланцев, за счет снабжения их рампами с покатой поверхностью, снижает материалоемкость всего утолщения стенки обрамляющего проем. По приведенной математической формуле в факультативном пункте формулы изобретения можно рассчитать оптимальную кривизну утолщения краев проема.

На фиг. 1 изображена оболочка с проемом и обрамляющим его края утолщением, выполненным по форме части цилиндра, общий вид; на фиг. 2 то же, в случае утолщения, выполненного по форме сферы; на фиг. 3 оболочка с проемом, фрагмент; на фиг. 4 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 5 узел I на фиг. 4.

Оболочка реакторного отделения состоит из дугообразной железобетонной стенки 1, имеющей наружную 2 и внутреннюю 3 поверхности, в которой выполнены сквозной проем 4 и ограждение 5, представляющее собой патрубок. Проем 4 может быть выполнен как в куполе, так и в днище оболочки и иметь круговое или иное очертание. Наружное и внутреннее утолщения, обрамляющие края проема 4, состоят из наружного и внутреннего фланцев 6 и 7, соединенных с ограждением 5 и расположенных на наружной и внутренней поверхностях 2 и 3 стенки 1, и рамп 8 и 9, выполненных концентрично фланцам на наружной и внутренней поверхности 2 и 3. Покатая поверхность рамп 8 и 9 и поверхность фланцев 6 и 7 сопряжены между собой и выполнены по дуге, поверхность 10 кривизны которой для фланца 6 с рампой 8, расположенных на наружной поверхности 2 стенки 1, больше ее кривизны. Поверхность 11 фланца 1 с рампой 9, расположенных на внутренней поверхности 3 стенки 1, меньше кривизны дуги стенки 1.

Оптимальные радиусы кривизны R_н(в) наружного и внутреннего утолщений, обрамляющих проем 4, можно определить по следующей математической формулe:
R_н(в)= R₂+ где R₁=Rcos α;
R₂≅ R ± (минус для опреде- ления радиуса R_в кривизны поверхности фланца с рампой, расположенной с внутренней стороны стенки оболочки);
αarc(sinl/R);
l=r+h_н(в);
R радиус оболочки наружный (внутренний), внутренний для определения R_в;
б толщина стенки с фланцами на границе с проемом;
в толщина стенки оболочки;
r радиус сквозного проема;
h_н(в) ширина сопряженных между собой поверхностей фланца с рампой наружная (внутренняя), внутренняя для определения R_в.

Внутри наружного и внутреннего утолщений размещены гибкие арматурные элементы 12, часть из которых повторяет очертание кривизны поверхностей фланцев 6 и 7 и рамп 8 и 9.

Работа оболочки реакторного отделения с проемом при воздействии нагрузок сводится к обеспечению ее прочности и передаче допустимых напряжений на стенку защитной оболочки.

Конструкция оболочки с проемом 4 (входом) вступает в работу при воздействии аварийных нагрузок изнутри защитной оболочки. Конструкция позволяет избежать чрезмерных растягивающих напряжений в оболочке вблизи проема 4, превышающих предел сопротивления растяжению материала оболочки за счет использования наружного и внутреннего утолщений оболочки.

Ширина сопряженных между собой наружной и внутренней поверхности фланцев 6 и 7 рамп 8 и 9 не превосходит трех радиусов проема 4. Толщина фланцев 6 и 7 у проема 4 плавно уменьшается к краю утолщений посредством покатой поверхности рамп 8 и 9, повторяя (условно) эпюру спада тангенциальных растягивающих напряжений вблизи проема 4, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, что обеспечивает передачу безмоментных нагрузок от утолщений на стенку 1 оболочки. У периферийного края утолщения его толщина совпадает с толщиной стенки оболочки.

Как правило, горизонтальные напряжения на единицу длины сечения стенки цилиндрической оболочки превосходят вертикальные в два раза, чем обеспечивается сохранность оболочки от воздействия изнутри ее аварийных нагрузок. Вблизи проема вертикальные растягивающие напряжения незначительно превосходят сжимающие напряжения в боковых частях проема от горизонтальных растягивающих напряжений в оболочке. Аварийные растягивающие напряжения в оболочке вблизи проема одного направления создают также напряжение сжатия вблизи проема, но противоположного направления, тем самым сглаживая результирующие растягивающие напряжения вблизи проема 4 и на расстоянии от него, соответствующем радиусу проема 4. Сглаживание горизонтальных напряжений обеспечивается путем плавного изменения толщины утолщений по их ширине, боковые поверхности которых для этого выполняются криволинейного очертания.

Для плавной передачи на оболочку нагрузок от вертикальных растягивающих напряжений боковые поверхности фланцев 6 и 7 и рамп 8 и 9 выполняют цилиндрического очертания. Боковые поверхности фланцев 6 и 7 и рамп 8 и 9 сферического очертания выполняют для плавной передачи на оболочку нагрузок от вертикальных и горизонтальных напряжений, возникающих вблизи проема, выполненного как в цилиндрической так и в шарообразной частях оболочки. В конструкции утолщений возможно использовать раздельно боковые поверхности фланцев 6 и 7 и рамп 8 и 9 (наружные и внутренние) цилиндрического или сферического очертаний.

Поскольку вертикальные растягивающие напряжения вблизи проема 4 незначительно превосходят сжимающие напряжения от горизонтальных растягивающих напряжений, фланцы 6 и 7 и рампы 8 и 9 в боковых частях проема можно выполнять меньшей высоты за счет уменьшения радиуса кривизны боковой поверхности утолщений в горизонтальном направлении.

Наружные и внутренние утолщения с боковыми поверхностями цилиндрического и сферического очертания переменного радиуса позволяют избежать скачкообразного перераспределения усилий в оболочке вблизи проема и препятствуют разрушению материала оболочки при воздействии аварийных нагрузок внутри оболочки.

Использование данной конструкции оболочки обеспечивает создание надежных нематериалоемких защитных оболочек с проемом.

За счет рационального использования геометрической формы наружного и внутреннего утолщений вокруг проема, достигаемой путем применения криволинейных поверхностей фланцев и рамп, можно размещать по сечению утолщений гибкие элементы с постоянной плотностью на единицу растягивающих напряжений, что приводит к снижению расхода высокопрочной стали вблизи проема на 15% Снижается расход бетона за счет устранения уступов фланцев в местах соединения их со стенкой оболочки, поскольку вместо уступов во фланце монтируются рампа с покатой поверхностью, позволяющей исключить часть трудозатрат на выполнение оболочки.

Формула изобретения

1. Оболочка реакторного отделения, содержащая дугообразную железобетонную стенку с наружной и внутренней поверхностями, в которой выполнен сквозной проем с фланцами, расположенными на наружной и внутренней поверхностях стенки, отличающаяся тем, что она снабжена рампами, выполненными концентрично фланцам на наружной и внутренней поверхностях стенки, покатая поверхность рамп и поверхность фланцев сопряжены между собой и выполнены по дуге, кривизна которой для фланца с рампой, расположенных на наружной поверхности стенки, больше ее кривизны, а для фланца с рампой, расположенных на внутренней поверхности стенки, меньше ее кривизны.

2. Оболочка по п.1, отличающаяся тем, что радиус кривизны R _н(в) сопряженных между собой поверхностей фланца с рампой, расположенных на наружной (н) и внутренней (в) поверхностях стенки оболочки, определяется по следующей формуле:

где R₁= R cos α;
(минус для определения R_(в) радиуса кривизны сопряженных между собой поверхностей фланца и рампы, расположенных с внутренней стороны стенки оболочки);

l r + h_н(в);
R радиус оболочки наружный (внутренний), внутренний для определения R_в;
δ толщина стенки с фланцами на границе с проемом;
b толщина стенки оболочки;
r радиус сквозного проема;
h_н(в) ширина сопряженных между собой поверхностей фланца с рампой наружная (внутренняя), внутренняя для определения R_в.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5