反应堆安全壳预应力钢绞线摩擦试验研究

反应堆安全壳预应力钢绞线摩擦试验研究

刘天弘1于洋1陈崇茂2

（1中国核电江苏核电有限公司工程建设一处江苏连云港222000；

2中国联合工程公司浙江杭州310000）

摘要：本文针对某核电站核岛内安全壳预应力的特点，对用于摩擦试验的水平及其倒U型钢束选取、穿束、张拉力的施加以及有关参数的计算进行了阐述，并对试验结果的数据进行分析，从而验证核岛预应力系统施工的合理性。

关键词：预应力；钢绞线；脱离锁力；摩擦系数；伸长值

1.工程概述

1.1工程简介

某核电站核岛内层安全壳为有粘结预应力混凝土结构。预应力系统采用的是NC6-55型有粘结后张拉体系。它由环向和竖向倒U型两种钢束类型均匀分布在内安全壳筒体墙和穹顶组成，其中环向钢束70束，倒U型50束，每一束钢绞线由55根直径为15.7mm的高强低松驰钢绞线组成。

1.2钢绞线参数

2.安全壳预应力系统摩擦试验

2.1试验目的

根据技术规格书要求，在预应力钢束张拉全面施工之前应进行预应力钢束的摩擦试验。通过几束代表性钢束进行摩擦试验，来验证现场实际管道中钢束的摩擦力系数是否能够满足钢束理论的摩擦力系数的要求。摩擦力试验的主要指标是脱离锁力值，即在主动段施加95%的设计理论应力，由被动段从理论脱离锁力值80%开始以5bar应力施加至线性明显拐点，通过线性方程得出脱离锁力值，反应出由于钢束和其套管间存在的摩擦力而造成的损失。由脱离锁力植带入，算出穿束系数后，可进一步求出摩擦系数μ，通过与设计中摩擦系数取值做比较，对张拉力取值进行修正。

2.2试验钢束的选取

环向、倒U型试验钢束各选择2根管道角度不同的钢束进行试验，如果试验测试出的摩擦系数与理论摩擦系数相符，在试验钢束被动端进行补张拉到设计值，试验钢束用做工程束。试验参照设计方技术方要求选取倒U型钢束为V1、V5，环向钢束为H1、H5。

2.3预应力摩擦力试验标准值取值及其标准推算

本次试验四根钢束采用千斤顶为JACKNO0115/01、0115/02，根据施工方、检测单位审核的千斤顶应力效核线性方程：

0115/01：y=249.72016ｘ-202.41570

0115/02：y=248.64789ｘ-137.59353

根据线性方程推算得出压力表读数标准值：

JACKNO0115/01：

80%屈服极限张拉应力f=11910kN，压力表读数标准值：490bar；

80%屈服极限张拉应力f=12280kN，压力表读数标准值：505bar；

JACKNO0115/02：

80%屈服极限张拉应力f=11910kN，压力表读数标准值：490bar；

80%屈服极限张拉应力f=12280kN，压力表读数标准值：505bar。

2.4脱离锁力值、传递系数与摩擦系数的计算公式

：传递系数；

：偏斜角度（rad）；

：摆动系数；

：钢束长度（m）。

2.5脱离锁力值、传递系数、摩擦系数及伸长值的试验计算过程

按照试验方案要求，将预应力钢束两端分别装上千斤顶和油泵，并且标明主动端与被动段。主动端以100bar为一阶段，逐级张拉并记录伸长值后将应力持加到设计要求应力值Pw（警告应力值，为表1中F的95%，并且考虑到锚固与夹片的摩擦力损失）后，被动端施加应力至95%的理论脱离锁力值，装上千分尺以5bar为一阶段张拉至千分尺测量伸长值明显变化后3至5点为止。将数值利用EXCEL绘制成线性变化曲线，参照图1的脱离锁力回归方程，得出最终的脱离锁力值Ft。

传递系数的计算：

将Pw和Ft分带入公式1的和中，得出传递系数。

摩擦力系数的计算：

将和表1的各项参数带入带入到公式2中，得出摩擦力系数。

伸长值的试验过程及计算：

在计算完摩擦力系数后，被动端以100bar为一阶段，逐级张拉并记录伸长值后将应力持加到设计要求应力值Pw，相加主动端与被动段的伸长值。如在设计要求的伸长值范围之内（理论值的95%~108%之间），则两端同时设计要求最终应力值，并且得出最终伸长值，卸压后测量回缩值后，本次试验结束。如Pw不在设计伸长值范围之内则提交设计单位进行复合后确定。

2.6试验数据计算

3.试验结果

从试验结果看，4根试验钢束的摩擦系数比较接近，其中2根竖向钢束的摩擦系数值为0.117~0.148，2根环向钢束的摩擦系数为0.12~0.131，远低于与理论摩擦力系数值0.18，又参考同类机组摩擦力系数值为0.12~0.14和0.11~0.12，相差不大，说明试验是成功的。

因为P0值已达到钢束的破坏力的77%~80%，不宜再增大，只有设法减小μ值，解决的办法可以是在钢束上涂石墨粉等。鉴于试验得到的μ值明显小于设计值0.18，因此作用在安全壳上的力相对设计值要大些。对于倒U型竖向钢束，穹顶部分的摩擦力大于垂直部分。所以克服摩擦力之后，穹顶砼承受的预压力并不是很大。而筒体墙所受压应力要高于设计值，所以在此后的张拉施工中需要严格控制最终应力的施加。

对于试验中已经张拉的4根钢束，因其张拉力为钢束破坏力的77%~80%，余量较大，并且由于根数较少，对安全壳的受力影响不是很大。所以经设计方确认这4根钢束可作为永久工作束使用，后续进行灌浆保护。

参考文献：

[1]胡胜光。核岛预应力系统摩擦力实验的分析与探讨[J]，建筑知识，2012，39-40