DE1299112B

DE1299112B - Hochdruckbehaelter aus Stahlbeton

Info

Publication number: DE1299112B
Application number: DED53130A
Authority: DE
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Current assignee: Walter Bau AG
Priority date: 1967-05-20
Filing date: 1967-05-20
Publication date: 1969-07-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruckbehälter aus Stahlbeton, insbesondere für, einen Atom-Reaktor, bestehend aus einem Mantel mit im wesentlichen gerader Erzeugender und kreisförmigem oder polygonalem Querschnitt, wobei der Behälter an den Stirnseiten durch vom Behältermantel mittels Dehnungsfugen getrennter Platten abgeschlossen ist und eine Stahlauskleidung aufweist.
Es ist bekannt, Hochdruckbehälter für Atomreaktoren aus Spannbeton herzustellen. Diese Behälter haben meist zylindrische Form und werden zur Aufnahme des Innendruckes in Längs- und Ringrichtung vorgespannt. Um die erforderliche Dichtigkeit zu gewährleisten, besitzen sie meist eine innere Auskleidung aus Stahlblech.
Die Herstellung derartiger Hochdruckbehälter aus Spannbeton ist nicht nur deswegen bedeutsam, weil der Betonmantel gleichzeitig dem Strahlenschutz dient, sondern vor allem auch deswegen, weil die Tendenz nach immer größeren Behältern für stärkere Drücke geht. Solche Behälter lassen sich ganz aus Stahl nicht mehr wirtschaftlich herstellen, weil die für Behälter mit so hohen Innendrücken erforderlichen dicken Stahlbleche nicht mehr einwandfrei verschweißt werden können. Darüber hinaus ist die Sicherheit eines Spannbetonbehälters im Katastrophenfall größer, weil selbst bei erheblichem überschreiten des Innendruckes nur Risse in der Wandung entstehen, während ein Stahlbehälter größere Leckstellen erhalten kann.
Hochdruckbehälter der eingangs angegebenen Art haben aber den Nachteil, daß mit wachsendem Innendruck die Nebenspannungen im Bereich des überganges vom Behältermantel zu den Platten an den Stirnseiten immer größer werden und daß an diesen Stellen, vor allem bei den Lastwechseln zwischen Null und dem Betriebsdruck, die Rißsicherheit nicht gewährleistet werden kann. Auch durch die Anwendung der Vorspannung und Anordnung von Dehnungsfugen zwischen dem Behältermantel und den Platten lassen sich diese Schwierigkeiten nicht vermeiden, weil bei einer Verformung des Mantels die diesen durchsetzenden, in den Platten verankerten Spannglieder quer zu ihrer Längsrichtung auf Abscheren beansprucht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Hochdruckbehälter zu schaffen, der mit vergleichsweise sehr hohen Innendrücken bis zu etwa 200 Atm beansprucht werden kann und bei dem vor allem die Nebenspannungen am Übergang von dem Behältermantel zu den Platten gering gehalten werden.
Die Erfindung besteht darin, daß der Behältermantel zweischalig aus einem inneren, in Ringrichtung mit hohem Querschnittsanteil bewehrten, zur Aufnahme der Ringkräfte bestimmten Teil und einem äußeren, zur Aufnahme der aus dem Innendruck auf die Platten resultierenden Längskräfte bestimmten und in Längsrichtung vorgespannten Teil ausgebildet ist.
Die Vorteile der zweischaligen Ausführung des erfindungsgemäßen Hochdruckbehälters liegen vor allem darin, daß für den Lastfall Betriebsdruck eine klare Trennung zwischen dem die Ringspannungen aufnehmenden inneren Teil und dem die aus den Belastungen der Platten resultierenden Längskräfte aufnehmenden Bauteilen, nämlich dem äußeren Teil und den Platten selbst, erreicht wird. Dabei kann sich der innere Teil des Behältermantels entsprechend seinen Belastungen frei verformen. Durch seine Ausführung mit einem sehr hohen Bewehrungsprozentsatz wird erreicht, daß der Beton bei der Dehnung der Bewehrungsstähle nur ganz feine Haarrisse erhalten kann. Ein Undichtwerden des Behälters braucht nicht befürchtet zu werden, da die Stahlauskleidung vorhanden ist, welche die an sich geringen Formänderungen aus der Belastung ohne weiteres mitmachen kann.
Der innere Teil des Behältermantels kann an seiner unteren Stirnseite auf einer Gleitschicht aufruhen. Die Platten des Behälters können vorgespannt sein.
Diese Vorspannung wird zweckmäßig in der Weise erzeugt, daß die Platten jeweils einen Zugring aufweisen, der in den betreffenden Platten selbst ausgebildet sein kann.
Dabei ist es zweckmäßig, daß die durch die Vorspannung des Zugringes erzeugte Druckkraft so auf die durch die Vorspannung des äußeren Teiles des Behältermantels erzeugte Längskraft abgestimmt ist, daß die Resultierende beider Kräfte etwa die in einer kreisförmigen Schwerlinie konzentriert gedachten, auf die Platten wirkenden Innendruckkräfte schneidet.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Längsschnittes durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Der erfindungsgemäße Hochdruckbehälter weist einen zylindrischen Behältermantel 1 auf, der durch Platten, nämlich eine Kopfplatte 3 und eine Grundplatte 4, verschlossen ist. Der Behältermantel 1 ist zweischalig ausgebildet; er besteht aus einem äußeren Teil 2 und einem ihm gegenüber beweglichen inneren Teil s. Im Innern des Behälters befindet sich eine Stahlauskleidung 6. Zwischen der Stahlauskleidung 6 und dem inneren Teil 5 des Mantels 1 ist ein an sich bekanntes Kühlsystem 7 angeordnet. Der innere Mantelteil s selbst ruht an seiner unteren Stirnseite auf einer Gleitschicht 8 auf. Aus betrieblichen Gründen ist es oft erforderlich, die Platten 3, 4 von dem äußeren Mantelteil 2 zu lösen. Das kann durch Ausgestaltung der meist notwendigen Arbeits-oder Dehnungsfuge zu einer Gelenkfuge 8' nach Lösen der Längsvorspannung geschehen. Die Fuge erhält zur Zentrierung der Kräfte z. B. eine Bleieinlage.
Der auf die Innenseite der Stahlauskleidung 6 wirkende Druck überträgt sich über die Rippen des Kühlsystems 7 auf die Innenseite des inneren Mantelteiles 5. Dieser ist von dicht gepackten, schlaffen Bewehrungselementen 9 durchsetzt, die ihm eine solche Elastizität verleihen, daß er beim Entstehen der Ringzugkräfte keine für seinen Bestand gefährlichen Risse erleidet. Für die Bewehrungselemente 9 werden zweckmäßig Stahleinlagen einer für Spannglieder im Spannbetonbau üblichen Stahlgüte verwendet. Besonders zweckmäßig sind stabförmige Bewehrungsglieder, die zumindest auf einem Teil ihrer Oberfläche ein aus warmgewalzten Rippen bestehendes Gewinde besitzen, auf das entsprechende Verbindungsmuffen aufgeschraubt werden können. Diese Bewehrungen können ohne Schwierigkeit in Ringen eingebaut werden, wobei die Muffen als Abstandhalter dienen. Die Bewehrung des inneren Mantelteiles 5 wird dann nach einem der bekannten Verfahren, z. B. dem »Propakt-Verfahren«, eintoniert. Der innere Mantelteil 5 hat zu der Innenseite des äußeren Mantelteiles 2 so viel Spielraum, daß er die lastabhängigen Formänderungen ohne Behinderung ausführen kann. Der äußere Mantelteil 2 ist in Längsrichtung in an sich bekannter Weise mit Spanngliedern 10 vorgespannt, um die aus den Belastungen der Platten 3, 4 resultierenden Längskräfte aufzunehmen. Diese Kräfte werden in gleicher Weise wie beim Behältermantel 1 über die Stahlauskleidung 6 wiederum über die Rippen des Kühlsystems 7 auf die Innenseite der Platten 3 und 4 übertragen.
Da die Platten 3, 4, insbesondere die Kopfplatte 3, mit Öffnungen zum Beschicken und Kontrollieren des Behälters versehen werden müssen, ist es zweckmäßig, die Platten 3, 4 von einer an sich möglichen radial verlaufenden Spannbewehrung freizuhalten. Nach der Erfindung wird die zur Aufnahme der Belastungen aus dem Innendruck notwendige Vorspannung der Platten dadurch erreicht, daß Zugringe mit Spanngliedern 11 angeordnet werden. Diese Zugringe, die in den Platten 3 und 4 selbst ausgebildet sind, schaffen eine klare Kraftverteilung vor allem dann, wenn die von den Spanngliedern 11 erzeugte radial nach innen gerichtete Druckkraft Pr so groß gewählt wird, daß die Resultierende R aus dieser Druckkraft Pr und der Längskraft P1 die kreisförmige Schwerlinie S trifft, in der die auf die Platten 3, 4 wirkenden Innendruckkräfte angreifend gedacht werden können. Auf diese Weise ist es möglich, den inneren Bereich der Platten 3, 4 von Spanngliedern freizuhalten und eine oder mehrere Aussparungen 12 in der erforderlichen Größe anzuordnen.
Die hauptsächlich aus betrieblichen Gründen vorgesehene Gelenkfuge 8' hat auch den Zweck, eine Katastrophensicherheit zu bieten, da sich bei Entstehen eines ungewollten Überdruckes, z. B. durch Leckage der Stahlauskleidung 6, diese Fuge 8' ventilartig öffnet, wodurch eine Explosion des Behälters vermieden wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Hochdruckbehälter aus Stahlbeton, insbesondere für einen Atom-Reaktor, bestehend aus einem Mantel mit im wesentlichen gerader Erzeugender und kreisförmigem oder polygonalem Querschnitt, wobei der Behälter an den Stirnseiten durch vom Behältermantel mittels Dehnungsfugen getrennter Platten abgeschlossen ist und eine Stahlauskleidung aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Behältermantel (1) zweischalig aus einem inneren, in Ringrichtung mit hohem Querschnittsanteil bewehrten, zur Aufnahme der Ringkräfte bestimmten Teil (5) und einem äußeren, zur Aufnahme der aus dem Innendruck auf die Platten (3, 4) resultierenden Längskräfte bestimmten und in Längsrichtung vorgespannten Teil (2) ausgebildet ist. z. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (5) des Behältermantels (1) an seiner unteren Stirnseite auf einer Gleitschicht (8) aufruht. 3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3,4) vorgespannt sind. 4. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3, 4) jeweils einen Zugring aufweisen. 5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugringe in den Platten (3, 4) selbst ausgebildet sind. 6. Behälter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Vorspannung des Zugringes erzeugte Druckkraft (Pr) so auf die durch die Vorspannung des äußeren Teiles (2) des Behältermantels (1) erzeugte Längskraft (P1) abgestimmt ist, daß die Resultierende (R) beider Kräfte etwa die in einer kreisförmigen Schwerlinie (S) konzentriert gedachten, auf die Platten (3,4) wirkenden Innendruckkräfte schneidet.