Русский / English 
?php echo $word_institute;?>
INSTITUTERESEARCHPROJECTSSCIENCE AND EDUCATIONNEWSCONTACTS
 

РАСЧЕТНЫЙ КОД CONT ДЛЯ АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ ЗАЩИТНЫХ ОБОЛОЧЕК АЭС


Защитная оболочка (ЗО), или контейнмент, АЭС является сложной пространственной конструкцией. Учет ее особенностей требует комплексного подхода к определению напряженно-деформированного состояния (НДС) ЗО при проектных и запроектных авариях. Большое влияние на характер распределения напряжений в стенке ЗО оказывают температурные напряжения, обусловленные колебанием температур внутри и снаружи контейнмента.

В ИБРАЭ РАН разработаны методики, математические модели и программные модули, обеспечивающие выполнение расчетов НДС ЗО как в осесимметричной, так и в объемной постановке задачи с учетом наличия армированных слоев бетона и внутренней стальной облицовки, а также образования трещин в бетоне.

Разработанный в ИБРАЭ РАН и прошедший аттестацию программный комплекс (ПК) CONT предназначен для численного моделирования НДС защитных оболочек АЭС при статических эксплуатационных и аварийных нагрузках, в том числе и температурных, с возможностью поэтапного расчета и учета повторяемости геометрии отдельных фрагментов конструкций.

ПК CONT обеспечивает проведение линейно-упругих и нелинейных расчетов ЗО различных типов: железобетонных без предварительного напряжения, железобетонных предварительно-напряженных, стальных. Для каждого типа ЗО строится расчетная модель, которая учитывает особенности геометрических параметров оболочки, ее армирование, физико-механические характеристики используемых материалов, расположение напрягаемых арматурных канатов.

Основные результаты исследований

В рамках верификации ПК CONT проведены расчеты НДС моделей защитных оболочек, построенных в США в национальной лаборатории Sandia (железобетонной без преднапряжения в масштабе 1/6 и железобетонной предварительно напряженной в масштабе 1/4, которая является аналогом защитной оболочки одной из японских АЭС с реактором PWR). Для этого были разработаны осесимметричная и трехмерная конечно-элементная модели, а также методика расчета преднапряженной железобетонной ЗО, учитывающая действие нагрузки от натяжения арматурных канатов, от собственного веса конструкции и от внутреннего давления.

Результаты расчетов уровней давления, приводящих к появлению первой трещины в бетоне в зависимости от типа напряжений, показали хорошее соответствие данным натурных измерений и подтвердили применимость ПК CONT для решения практических задач по анализу напряженно-деформированного состояния ЗО при воздействии эксплуатационных и аварийных нагрузок.

В рамках проведения работ в интересах концерна «Росэнергоатом» в ИБРАЭ РАН изучена и обоснована возможность создания экспертной системы оценки фактического состояния защитной оболочки АЭС с ВВЭР-1000 на основе программы расчета НДС конструкции и данных датчиков контрольно-измерительной аппаратуры (КИА). Определены основные факторы, влияющие на показания датчиков КИА, разработаны способы оценки их работоспособности при длительной эксплуатации.

 

Модели железобетонной предварительно напряженной защитной оболочки SANDIA в масштабе 1/4: реальная и трехмерная компьютерная, разработанная в рамках верификации кода CONT

Практическое применение ПК CONT

  • обоснование снижения натяжения канатов системы преднапряжения ЗО с целью повышения их эксплуатационных качеств;
  • разработка рекомендаций и внесение изменений в руководящие документы: РД ЭО-0129-98 «Требования к техническому обслуживанию и ремонту системы преднапряжениязащитных оболочек АЭС с ВВЭР-1000 и реакторными установками 320»;
  • обоснование эксплуатационной безопасности ЗО 3-го энергоблока Калининской АЭС при отсутствии отдельных арматурных канатов СПЗО;
  • расчет напряженно-деформированного состояния внутренней преднапряженной ЗО в различных режимах для АЭС «Куданкулам»;
  • разработка рекомендаций по оптимизации объема работ при проведении КПР (I и 2 энергоблоки Калининской АЭС, 1—4 энергоблоки Балаковской АЭС, 1 блок Ростовской АЭС, 5 блок Нововоронежской АЭС);
  • в рамках проведения работ в интересах концерна «Росэнергоатом» в ИБРАЭ РАН изучена и обоснована возможность создания экспертной системы оценки фактического состояния защитной оболочки АЭС с ВВЭР-1000 на основе программы расчета НДС конструкции и данных датчиков контрольно-измерительной аппаратуры (КИА); определены основные факторы, влияющие на показания датчиков КИА, разработаны способы оценки их работоспособности при длительной эксплуатации.

Комплекс работ по обоснованию эксплуатационной пригодности защитной оболочки энергоблоков №3 и 4 Ростовской АЭС

Для своевременного ввода в эксплуатацию энергоблоков № 3 и 4 Ростовской АЭС был выполнен комплекс работ по обоснованию эксплуатационной пригодности защитной оболочки, включая:

  • выполнение работ по мониторингу защитной оболочки в период ее возведения, преднапряжения и приемо-сдаточных испытаний;
  • выполнение работ по натурным наблюдениям защитной оболочки в период преднапряжения и приемо-сдаточных испытаний;
  • адаптация экспертной системы оценки напряжённо-деформированного состояния защитных оболочек блоков АЭС с ВВЭР к энергоблокам № 3 и 4 Ростовской АЭС.

Впервые в практике строительства АЭС ИБРАЭ РАН совместно с Волгодонским инженерно-техническим институтом — филиалом НИЯУ МИФИ были выполнены работы по мониторингу защитной оболочки энергоблоков №3 и 4 Ростовской АЭС, включая:

  • формирование базы данных о техническом состоянии защитной оболочки;
  • разработка и согласование программы обследования и Рабочей программы контроля строительных конструкций защитной оболочки по состоянию на текущий период строительства;
  • проведение и анализ визуально-измерительного и инструментального контроля элементов строительных конструкций защитной оболочки энергоблоков №3 и №4 Ростовской АЭС;
  • разработка информационной системы мониторинга защитной оболочки АЭС;
  • выполнение и анализ работ по мониторингу защитной оболочки;
  • подготовка исходной информации для разработки Технического паспорта защитной оболочки энергоблоков №3 и 4 Ростовской АЭС.

ИБРАЭ РАН было сделано предложение по изменению технологии натяжения армоканатов системы преднапряжения защитной оболочки энергоблоков №3 и 4 Ростовской АЭС.

Усовершенствованная технология натяжения армоканатов позволила обеспечить проектный уровень преднапряжения защитной оболочки.  Получен патент на изобретение «Способ натяжения арматурных канатов» RUS 2548267 22.01.2014.

Результаты работ по мониторингу и натурным наблюдениям защитной оболочки энергоблоков № 3 и 4 Ростовской АЭС в период ее возведения, преднапряжения и приемо-сдаточных испытаний показали, что техническое состояние, установленное на основе результатов обследования, контроля строительных конструкций защитной оболочки и расчетов напряженно-деформированного состояния, удовлетворяет требованиям проектной и нормативной документации.

 
Преднапряжение защитной оболочки
энергоблока № 3 Ростовской АЭС
  Патент на изобретение «Способ натяжения арматурных канатов»
RUS 2548267 22.01.2014

Возможности продления срока службы защитных оболочек АЭС с ВВЭР-1000

В настоящее время в мире находится в эксплуатации более 450 ядерных реакторных установок с водяным теплоносителем. В России наиболее распространены РУ типа ВВЭР.

Проектный срок службы защитных оболочек АЭС первого поколения (5-й энергоблок Нововоронежской АЭС, 1-й и 2-й энергоблок Калининской АЭС для реакторов ВВЭР-1000) завершается, поэтому актуальной является разработка методик продления ресурса этих ЗО.

Анализ НДС защитных оболочек АЭС, выполненный применительно ко 2-му энергоблоку Калининской АЭС с использованием программного комплекса CONT, показал, что в течение всего периода эксплуатации имеют место значительные деформации ползучести бетона, которые приводят к появлению внутренних напряжений в стенке ЗО и обусловлены как влиянием сезонных и суточных колебаний температур окружающей среды, так и неоднородностью физико-механических характеристик уложенного в тело оболочки бетона.

Для выполнения расчетов НДС защитной оболочки АЭС была разработана ее трехмерная модель, учитывающая основные конструктивные элементы ЗО: внутреннюю герметизирующую облицовку, стержневую арматуру и напрягаемые арматурные канаты.

  

Трехмерная модель защитной оболочки 1-го блока Волгодонской АЭС

Распределение окружных напряжений в бетоне защитной оболочки АЭС ВВЭР-1000 от действия преднапряжения и неравномерного поля температуры

Анализ защитных оболочек АЭС нового поколения

Одним из основных элементов обеспечения повышенной надежности российских АЭС нового поколения (АЭС-2006) является двойная защитная оболочка, состоящая из герметичной предварительно напряженной ЗО и наружной ненапряженной железобетонной оболочки.

В ИБРАЭ РАН с использованием кода CONT проведен комплексный анализ поведения защитной оболочки АЭС 2006 при воздействии различных факторов, имеющих место в штатных и аварийных режимах работы АЭС. Трехмерная модель ЗО, включающая все ее основные конструктивные элементы, содержит 1262080 объемных 8-ми узловых конечных элементов, моделирующих бетон, и 320224 стержневых элементов, моделирующих меридиональную и окружную арматуру вблизи внутренней и наружной поверхности оболочки.  Расчеты НДС ЗО были выполнены для случая воздействия комбинации нагрузок (влияния собственного веса конструкции, преднапряжения, внутреннего давления и температурных градиентов) в начальный момент аварии. В результате расчетов были определены зоны наибольшей концентрации напряжений ЗО АЭС-2006 при аварийных нагрузках, для которых необходимо вести повышенный контроль НДС в течение всего жизненного цикла, включая период возведения, преднапряжения, приемо-сдаточных испытаний и длительной эксплуатации.

Модель защитной оболочки АЭС-2006 с удаленным для наглядности фрагментом Распределение кольцевых напряжений в бетоне от воздействия суммарной нагрузки в защитной оболочке АЭС-2006 в момент начала аварии

 

Партнеры ИБРАЭ РАН по разработке и применению ПК CONT

  • ОАО «Концерн Росэнергоатом»;
  • ФГУ НИЦ «Курчатовский институт».

 

© лаборатория механики строительных конструкций 


IBRAE RAN © 2013 Site map | Feedback