Structural integrity of prestressed nuclear reactor containments

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Ett kärnkraftverk är utrustat med ett omfattande försvar avsett att förhindra radioaktivt utsläpp vid en eventuell reaktorolycka. Detta försvar är uppbyggt av ett antal skyddsbarriärer, där reaktorinneslutningen utgör den sista barriären mot omgivningen. Inneslutningens primära uppgift är att motstå det inre övertryck som kan förväntas vid en reaktorolycka. Alla svenska inneslutningar är uppbyggda av ett yttre bärande skal av förspänd betong med en inre försegling av tätsvetsade stålplåtar (tätplåt). Det övergripande syftet med denna avhandling är att öka förståelsen gällande förspända reaktorinneslutningars strukturella integritet. I avhandlingen belyses två väsentliga komponenter i konstruktionen, förspänningssystemet och tätplåten. Förspänningssystemet är mycket viktigt för att bibehålla en osprucken och linjärelastisk funktion upp till den förväntade olyckstrycket (konstruktionstrycket). Tätplåten är avgörande för att hålla konstruktionen tät även om konstruktionstrycket skulle överstigas, vid en mycket allvarlig olycka. Svenska inneslutningar är kraftigt förspända med ett hundratal spännkablar vardera. Spännkraftsnivån sjunker med tiden pga långtidsdeformation i betongen (krympning och krypning) och relaxation i spännkablarna. Studien gällande förspänningssystemet är mestadels baserat på de mätningar av spännkabelkraft som är gjorda vid svenska kärnkraftverk. Denna studie inkluderar tre delar. Den första delen behandlar metoder för att mäta spännkabelkraft och en slutsats från denna del är att friktionen mellan spännkablar och betongkonstruktion kan ge missvisande mätresultat. I den andra delen presenteras resultaten från mätning av spännkraft gjorda vid svenska kärnkraftverk under 30 års tid. De viktigaste slutsatserna från dessa resultat är att spännkraftsförlusterna generellt sett är mindre än förväntat samt att förhöjd temperatur under drift tydligt påverkar spännkraftsförlusterna. Är kraven på spännkraft uppfyllda? Den tredje delen av studien avser att svara på denna fråga med en tillförlitlighetsbaserad metod. Tätplåten är förankrad i betongkonstruktionen med ingjutna dubbar eller stålprofiler. I denna avhandling studeras olika brottmekanismer för tätplåten. I tidigare utförda försök på skalmodeller av inneslutningar har man kunnat konstatera att det uppstår töjningskoncentrationer i tätplåten när konstruktionen expanderar under höga inre tryck. De viktigaste orsakerna till töjningskoncentrationer antas i denna avhandling vara, genomgående sprickor i betongkonstruktionen samt diskontinuiteter i form av genomföringar. I en undersökning kring effekten av genomgående betongsprickor konstateras att friktionen mellan tätplåt och betong ger koncentration av plastiska töjningar, speciellt för tunna tätplåtar. Effekten av diskontinuiteter visas genom en analys av området kring en genomföring i ett utfört skalförsök. Denna analys visar att utåtgående veck i tätplåten tenderar att rätas ut när inneslutningen expanderar och detta ger höga töjningsnivåer i tätplåten. Generellt konstateras att tätplåtens icke-linjära funktion är starkt beroende av den detaljerade utformningen och av interaktionen mellan tätplåt och betongkonstruktion.