李博祥 中國(guó)核工業(yè)華興建設(shè)有限公司

1 工程概述

“華龍一號(hào)”（即ACP1000）核反應(yīng)堆廠房為雙殼體的防護(hù)結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)、外安全殼，內(nèi)安全殼為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其由筒壁、穹頂和基礎(chǔ)底板組成，筒壁內(nèi)徑為46.8m，壁厚為1.3m，穹頂厚度為1.05m，筒壁外側(cè)在互成180°位置處設(shè)置兩個(gè)扶壁柱，用于水平預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉和錨固。預(yù)應(yīng)力鋼束布置在內(nèi)層安全殼的筒體和穹頂中，鋼束包括三種類型：即倒U型鋼束共94束，筒體環(huán)向鋼束共106束，穹頂環(huán)向鋼束共21 束，每束鋼束由55 股鋼絞線1×7-15.7-1860 組成；其中1×7表示鋼絞線由7根鋼絲組成一股鋼絞線；15.7表示一股鋼絞線的公稱直徑為15.7mm，1860表示一股鋼絞線的抗拉屈服強(qiáng)度不低于1860MPa。

2 摩擦試驗(yàn)?zāi)康募霸?/h2>

2.1 摩擦試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

預(yù)應(yīng)力倒U 型鋼束長(zhǎng)度為173m～195m 不等；環(huán)向鋼束長(zhǎng)度為157m～159m不等。鋼絞線在孔道內(nèi)受孔道的材質(zhì)、長(zhǎng)度、孔道的偏斜角度的影響，對(duì)鋼絞線張拉產(chǎn)生摩擦阻力，試驗(yàn)的目的即是測(cè)算出鋼束的實(shí)際的摩擦系數(shù)，與設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)比較得出最終的摩擦系數(shù),使張拉力能夠滿足設(shè)計(jì)要求，確保預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)在核電站運(yùn)行期間能夠正常工作，成為核安全保證的有效屏障。

2.2 試驗(yàn)原理及設(shè)備

采用精密壓力表測(cè)量孔道摩擦損失，在預(yù)應(yīng)力筋的兩端各安裝1 臺(tái)千斤頂，施加應(yīng)力的一段為主動(dòng)端，錨固端為被動(dòng)端，在主動(dòng)端分級(jí)施加應(yīng)力并記錄主、被動(dòng)端的相應(yīng)應(yīng)力表讀數(shù)、伸長(zhǎng)值，經(jīng)過千斤頂和錨固件裝置上的摩擦力修正后得到實(shí)際的預(yù)應(yīng)力鋼絞線兩端的應(yīng)力，該兩端應(yīng)力的差值即為孔道的摩擦損失值。

“華龍一號(hào)”預(yù)應(yīng)力使用法國(guó)Freyssinet 公司的C 系列的55C15預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)，預(yù)應(yīng)力張拉采用C1500F千斤頂，最大拉力為14042kN（700bar），最大沖程為500mm，張拉腔面積S為2006mm2，F(xiàn)reyssimat 油泵為C1500F 配套專用的液壓油泵，數(shù)顯壓力表精度為0.1。

3 摩擦試驗(yàn)方法

摩擦力試驗(yàn)采用單端張拉，張拉前應(yīng)采用等張力千斤頂把鋼絞線預(yù)緊均勻，盡可能使每股鋼絞線能均勻受力。試驗(yàn)分兩階段進(jìn)行，具體如下。

第一階段：張拉主動(dòng)端鋼束應(yīng)力分別以186MPa為增量進(jìn)行張拉，逐級(jí)張拉至鋼束張拉控制應(yīng)力1860MPa 的80%（即1488MPa），記錄每一級(jí)主、被動(dòng)端的壓力和伸長(zhǎng)值。

第二階段：錨固主動(dòng)端后，在被動(dòng)端分級(jí)張拉至控制應(yīng)力1488MPa,并記錄對(duì)應(yīng)的壓力和伸長(zhǎng)值（見表1）。

表1 V1鋼束張拉應(yīng)力及伸長(zhǎng)值

4 數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算

4.1 測(cè)量值的分析

本文以V1 鋼束為例，主、被動(dòng)端千斤頂摩擦損失分別為0.7%、0.9%，錨固端應(yīng)力損失取K=K1+K2+K3=3%+0.7%=3.7%，孔道局部摩擦偏離系數(shù)為0.0016m-1；鋼束長(zhǎng)175.358m,鋼束總偏斜角θ為5.862rad；第一階段主動(dòng)端理論應(yīng)力σa為1488MPa,理論伸長(zhǎng)值α1為736.4mm，被動(dòng)端理論應(yīng)力σb為391.3；第二階段理論伸長(zhǎng)值α2為317.1mm。

4.2 千斤頂內(nèi)伸長(zhǎng)值計(jì)算

鋼絞線彈性模量：

千斤頂內(nèi)工具錨端部到錨墊板的鋼束長(zhǎng)度Lj為1075mm（C1500F千斤頂），根據(jù)設(shè)計(jì)文件公式：

代入公式求得鋼束兩端千斤頂內(nèi)鋼絞線伸長(zhǎng)值：

每端千斤頂內(nèi)鋼絞線伸長(zhǎng)值為8mm；由此得出V1鋼束實(shí)測(cè)總伸長(zhǎng)值為：

4.3 驗(yàn)收準(zhǔn)則

測(cè)量數(shù)據(jù)必須滿足以下三個(gè)條件。

（1）第一階段：實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值ΔL 應(yīng)介于理論伸長(zhǎng)值的0.95～1.08倍之間。

符合要求。

（2）第二階段：總的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值（第一階段+第二階段）應(yīng)介于總的理論伸長(zhǎng)值（第一階段+第二階段）的0.95～1.08 倍之間。

符合要求。

（3）第一階段：第一階段鋼束被動(dòng)端實(shí)測(cè)應(yīng)力應(yīng)介于第一階段鋼束被動(dòng)端理論應(yīng)力的0.85～1.20之間。

計(jì)算出第一階段被動(dòng)端實(shí)測(cè)應(yīng)力為538.6MPa，

不符合要求。

4.4 摩擦損失計(jì)算

V1鋼束的摩擦損失按照式中進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)試驗(yàn)已知T0為611.99,Ts 為238.51，K 為0.0016m-1, 長(zhǎng)度x 為175.358m，θ 為總偏斜角5.862rad。

同理得出其他摩擦試驗(yàn)鋼束號(hào)的摩擦系數(shù)。

5 結(jié)論及注意事項(xiàng)

經(jīng)試驗(yàn)、分析后得倒U型鋼束V1、V5的摩擦損失系數(shù)分別為0.113、0.126，與理論摩擦系數(shù)0.18不符，第一階段被動(dòng)端拉應(yīng)力與設(shè)計(jì)不符，張拉伸長(zhǎng)值均符合設(shè)計(jì)要求；環(huán)向鋼束H1、H6、H9號(hào)鋼束摩擦系數(shù)為0.14～0.17之間，與理論摩擦系數(shù)0.18相符，伸長(zhǎng)值、被動(dòng)端張拉應(yīng)力均符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及為“華龍一號(hào)”堆型積累更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)增加V9、V13號(hào)為補(bǔ)充摩擦試驗(yàn)鋼束。最終所選的4束倒U型鋼束伸長(zhǎng)值均符合要求，V9、V13號(hào)的應(yīng)力均符合要求，摩擦系數(shù)均偏小與設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)0.18 不相符，設(shè)計(jì)單位對(duì)孔道與鋼束之間的摩擦系數(shù)進(jìn)行調(diào)整為0.16。

在摩擦試驗(yàn)中，部分鋼束第一階段應(yīng)力超限，表明孔道與鋼束之間的摩擦系數(shù)較小，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整摩擦系數(shù)后，本工程預(yù)應(yīng)力張拉伸長(zhǎng)值均在設(shè)計(jì)張拉伸長(zhǎng)值的0.95A～1.08A范圍內(nèi)，說(shuō)明摩擦試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)反映出了鋼束孔道的摩擦損失,為設(shè)計(jì)提供了可靠、準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)，表明摩擦試驗(yàn)是成功的。

需注意，在摩擦試驗(yàn)鋼束張拉或正式張拉時(shí)，以張拉應(yīng)力為主控項(xiàng)，張拉伸長(zhǎng)值為輔，應(yīng)力、伸長(zhǎng)值作為摩擦試驗(yàn)驗(yàn)收準(zhǔn)則的判斷條件，試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力和伸長(zhǎng)值應(yīng)確保準(zhǔn)確。在摩擦試驗(yàn)時(shí)張拉千斤頂?shù)膹埨瓚?yīng)力通過油泵上的油表顯示或讀取，鋼束錨墊板起始位置達(dá)到設(shè)計(jì)的張拉應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)應(yīng)為油表穩(wěn)定后的讀數(shù)，張拉加壓停止后，會(huì)發(fā)現(xiàn)油表迅速降壓，因此需要再次泵壓直至得到想要的壓力，穩(wěn)定后進(jìn)行張拉伸長(zhǎng)值的測(cè)量。為了避免額外泵壓，張拉至每個(gè)壓力平臺(tái)時(shí)需緩慢加壓，最好先泵到與所需壓力和液壓負(fù)荷損失之和相當(dāng)?shù)乃?，于是停止泵壓后的壓力降到想要的?shù)值，需要預(yù)先確定液壓荷載損失。