Конструктивная разработка и расчетное обоснование защитной оболочки ядерного реактора АЭС из железобетона

Введение. В данной работе приводятся материалы, обосновывающие внедрение нового конструктивного решения железобетонной защитной оболочки ядерного реактора АЭС в сборном и монолитном исполнении.

Цель. В числе задач, которые были поставлены при разработке конструктивного решения, основной явилась задача обеспечения работы железобетона на сжатие при всех видах нагружения и восприятие растягивающих усилий канатами, находящимися в свободном состоянии, доступными для обслуживания и эксплуатации.

Материалы и методы. Расчеты выполнены методом конечных элементов с использованием программного комплекса для расчета пространственных конструкций на прочность, устойчивость и колебания MicroFe-СтаДиКон.

Результаты. Разработано принципиально новое конструктивное решение защитной оболочки ядерного ректора АЭС, состоящей из железобетонных элементов в виде цилиндрических складок с выпуклостью, направленной навстречу возможному внешнему и внутреннему силовому аварийному воздействию, в том числе от взрыва реактора. Разработаны варианты защитных оболочек с проработкой принципиальных технических решений унифицированных складчатых элементов из железобетона с возможностью их монолитного и сборного изготовления. Предложена схема открытого расположения и натяжения пучков тросов с передачей напряжения на предварительно изготовленные конструкции внутренней и внешней частей защитной оболочки.

Выводы. Данное конструктивное решение обеспечивает при нагружении сжимающие усилия в железобетоне складок внутренней и внешней частей защитной оболочки от нагрузки, что препятствует образованию в них трещин. Растягивающие усилия в оболочке воспринимаются предварительно напряженной арматурой, расположенной внутри ее конструкции, свободной для обслуживания и контроля. В процессе исследования разработаны принципиальные решения конструктивных узловых соединений сборных складчатых железобетонных элементов, технологических отверстий в конструкции оболочки и осуществления в ней предварительного напряжения. Сопоставительный технико-экономический анализ предлагаемой и существующей внутренней защитной оболочки показал возможность снижения расхода бетона в 1,5–2 раза, ненапрягаемой арматуры – в 3–4 раза, сроков строительства – в 4 раза.

1. Соколов В.А. Защитные оболочки атомных электростанций: учебное пособие. Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та; 2003. 106 с.

2. Бирбраер А.Н. Экстремальные воздействия на сооружения / А.Н. Бирбраер, А.Ю. Роледер. Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та; 2009. 594 с.

3. Бирбраер А.Н. Расчет конструкции на сейсмостойкость. Санкт-Петербург: Наука; 1998. 255 с.

4. Белов Н.Н., Копаница Д.Г., Кумпяк О.Г., Югов Н.Т. Расчет железобетонных конструкций на взрывные и ударные нагрузки. Нортхэмптон-Томск: STT; 2004. 465 с.

5. Проект АЭС 2006. Санкт-Петербург: Атомэнергопроект; 2013 .

6. Железобетонные пространственные конструкции атомных и тепловых электростанций / Л.А. Коробов, О.К. Назарьев, В.Я. Павилайнен. Москва: Энергоиздат; 1981. 328 с.

7. СТО СРО-С 60542960 00014-2014. Объекты использования атомной энергии. Работы бетонные при строительстве защитной оболочки реакторной установки атомных электростанций. Основные требования и организация контроля качества. Москва; 2014.

8. СТО СРО-С 60542960 00017-2014. Объекты использования атомной энергии. Система предварительного напряжения защитной оболочки реакторного отделения АЭС. Требования к конструированию, строительству, эксплуатации и ремонту. Москва; 2014.

9. НП-031-01. Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций. Москва; 2001.

10. НП-064-17. Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на объекты использования атомной энергии. Москва; 2018.

11. ПиН АЭ-5.6. Нормы строительного проектирования АЭС с реакторами различного типа. 1986.

12. ПНАЭ Г-10-007-89. Нормы проектирования железобетонных конструкций локализующих систем безопасности атомных станций. Москва; 1991.

13. Безопасность атомных электростанций: проектирование. Конкретные требования безопасности № SSR-2/1 (Rev. 1). Вена: МАГАТЭ; 2016.

14. Проектирование систем защитной оболочки реактора для атомных электростанций. Руководство по безопасности. № NS-G-1.10. Вена: МАГАТЭ; 2008.

15. Учет внешних событий, исключая землетрясения, при проектировании атомных электростанций. Руководство по безопасности. № NS-G-1.5. Вена: МАГАТЭ; 2008.

16. Проектирование и аттестация сейсмостойких конструкций для атомных электростанций. Руководство по безопасности. № NS-G-1.6. Вена: МАГАТЭ; 2008.

17. Букринский А.М. Безопасность атомных станций по федеральным нормам и правилам России и стандартам МАГАТЭ. Сравнение основных принципов и требований по обеспечению безопасности. Труды НТЦ ЯРБ. Москва: ФБУ «НТЦ ЯРБ»; 2019. 196 с.

18. BS EN IEC/IEEE 60980-344:2021. Nuclear facilities. Equipment important to safety. Seismic qualification.

19. ASCE/SEI 4-16. Seismic Analysis of Safety-Related Nuclear Structures. Reston, Virginia: American Society of Civil Engineers; 2017.

20. СП 88.13330.2014. Защитные сооружения гражданской обороны. Актуализированная редакция СНиП II-11-77*. Москва: Минстрой России; 2014.

21. Васягин Н.Г., Живов А.Н., Переяславцев Н.А., Сухенко И.В., Шоцкий В.И. Защитная оболочка ядерного реактора. Авторское свидетельство на изобретение SU 963376 А. Опубл. 23.04.83.

22. Тихонов И.Н., Крючков В.Г., Звездов А.И., Соколов Б.С., Тихонов Г.И., Гришин Г.Е. Защитная оболочка ядерного реактора. Патент на полезную модель RU208108U1. Опубл. 02.12.2021.

23. Тихонов И.Н., Крючков В.Г., Звездов А.И., Соколов Б.С., Тихонов Г.И. Защитная оболочка ядерного реактора. Патент на изобретение RU2784712C1. Опубл. 29.11.2022.