Lämpökuorman vaikutukset

Lämpökuorman vaikutuksen tarkastelussa oli tehtävä kahta erillistä mallinnusta lämmönsiirtoanalyysia ja lujuusanalyysia varten. Lämmönsiirtoanalyysissa saatiin betonirakenteeseen aiheutuva lämpötilajakauma. Tätä lämpötilajakaumaa käytettiin reaktoritornin betonikuoren kuormana lujuusanalyysissa selvittämään siitä aiheutu­

via lämpöjännityksiä.

7.1.2.1 Lämmönsiirtoanalyysi ja alasäiliön lämpötila- jakauma

Kappaleessa 6.2.4 huomataan, että alasäiliön yläosan betonirakenteeseen aiheutuu suurempia lämpöjännityksiä maanpäällisenä kuin maanalaisena. Tästä syystä alasäiliön ja varren liitosta tutkittiin reaktoritornin ollessa maanpäällisenä rakenteena, jol­

loin lämmönsiirtoanalyysissa käytettiin kuvan 49 mukaisia reunaehtoja. Kuvassa 77 nähdään alasäiliötyypin AOS-С lämpötilajakauma maanpäällisenä rakenteena talvi- ja kesäolosuhteessa kaukana liitoksesta.

114

Talvi Kesä

Kuva 77: Alasäiliötyypin A03-C lämpötilajakauma maanpäällisenä rakenteena sekä talvi- että kesäolosuhteessa käyttäen kuvan 49 reunaehtoja.

Kuvasta 77 nähdään, että alasäiliön lämpötila betonikerroksessa on korkeampi kesällä, mutta lämpötilaero betonikerroksen pintojen välillä on hieman pienempi kuin talvella kaukana liitoksesta.

7.1.2.2 Lujuusanalyysin reunaehtotapaukset lämpökuorman tarkastelus­

sa

Alasäiliön alapinta oletetaan laakeroiduksi sekä sivusuunnassa että pituussuunnas­

sa. Alasäiliön laajeneminen vaakatasossa on vapaa. Alasäiliö oletettiin jatkuvaksi ja tämä oli huomioitava lujuusanalyysissa. Jatkuvuuden takia reunaehtojen edelly­

tyksenä oli se, että alasäiliön päädyt pysyivät pystysuorina tasoina myös muodon­

muutosten jälkeen. Myös tutkittiin lämpöjännityksiä tapauksessa jolloin alasäiliön toinen pääty oli vapaa.

Liitoksen lujuusanalyysissa lämpökuorman suhteen alasäiliön päätyjen reunaeh­

tojen määrittely oli haasteellista. Lämpölaajenemisen oletettiin tapahtuvan vapaasti sivusuunnassa. Pituussuuntaisen lämpölaajenemisen suhteen käytettiin kolmea eri reunaehtotapausta alasäiliön päädyissä. Näitä olivat:

- Reunaehtotapaus 1 (REI): siirtymät molemmissa päädyissä ovat estettyjä pi­

tuussuunnassa.

- Reunaehtotapaus 2 (RE2): alasäiliön päätyjen pituussuuntainen liikkeet AI ovat:

AI = CtcATkeskl/2, (60)

missä ac on betonin lämpölaajenemiskerroin, ATkesk on alasäiliön keskimääräinen

lämpötilan muutos kaukana liitoksesta ja l on alasäiliön pituus. Keskimääräisellä lämpötilan muutoksella tarkoitetaan alasäiliön korkeammasta ja matalimmas­

ta lämpötilasta lasketun keskimääräisen lämpötilan ja alkulämpötilan erotus.

Alkulämpötilaksi oletettiin 20°C.

- Reunaehtotapaus 3 (RE3): toisessa päädyssä siirtymät ovat estettyjä pituus­

suunnassa ja toisessä päädyssä ne ovat täysin vapaita.

7.1.2.3 Lämpöjännitysten tarkastelu liitoksessa

Lämpöjännitysten tarkastelu liitoksessa tehtiin maanpäällisenä rakenteena reunaeh­

totapauksissa REI, RE2 ja RE3 talvi- ja kesäolosuhteessa. Kaikissa reunaehtota­

pauksissa lämpötilajakauma reaktoritornissa on sama samoissa olosuhteissa. Beto­

nikerroksen lämpöjännityksiä tarkasteltiin vain kehän suunnassa.

Lämpöjännitykset talviolosuhteessa kehän suunnassa

Lämpöjännitysten tarkastelu tehtiin kehän suunnassa talviolosuhteessa reunaehto­

tapauksissa REI .... RE3. Näiden tarkaastelujen tuloksista myös pystyttiin päät­

telemään lämpöjännitysten käyttäytymistä kesäolosuhteessa. Kuvissa 78, 79 ja 80 esitetty lämpökuormasta aiheutuvia jännitysjakaumia kehän suunnassa reaktori- tornin liitoksessa ja sen ympäristössä reunaehtotapauksissa REI .... RE3 talviolo­

suhteessa.

on

S, S22 (Versiose) (Avg: 75%)

Kuva 78: Reaktoritornin betonikerroksen j ännitysj akauma kehän suunnassa lämpökuormasta reunaehtotapauksessa REI.

116

S, S22 (Alasäiliö)

S, S22 (Varsiosa) (Avg: 75%)

Kuva 79: Reaktoritornin betonikerroksen j ännitysj akauma kehän suunnassa lämpökuormasta reunaehtotapauksessa RE2.

S, S22 (Alasäiliö)

S. S22 (Varsiosa) (Avg: 75%)

Kuva 80: Reaktoritornin betonikerroksen j ännitysj akauma kehän suunnassa lämpökuormasta reunaehtotapauksessa RE3.

Kuvista 78 ... 80 voidaan nähdä, että alasäiliön päädyn reunaehtotapauksilla on merkittävä vaikutus j ännitysj akaumaan liitoksessa ja sen ympäristössä. Alasäiliön pituussuuntaisen lämpölaajenemisen estäminen pakottaa reiän soikkion muotoon ja täten reiän pieliin ja varren juureen aiheutuu suuria vetojännityksiä (kts. kuva 78).

Mitä enemmän lämpölaajenemista estetään sitä suurempia lämpöjännityksiä reiän pieleen aiheutuu(vrt. kuvat 78 ja 79). Alasäiliön toisen päädyn täysin vapauttaminen pienentää lämpöjännityksiä liitoksessa melkein mitättömiksi (kts. kuva 80).

Lämpöjännitykset kesäolosuhteessa kehän suunnassa

Alasäiliön ja liitoksen lämpötilajakauma vaikuttaa lämpöjännitysten jakaumaan.

Reaktoritornin lämpötilajakauma talvella ja kesällä ovat erilaiset ja tästä syystä myös lämpöjännityksetkin (vrt. kuva 77). Mitä korkeampi lämpötila alasäiliössä eri­

tyisesti alasäiliön yläosassa on sitä suurempia kehän suuntaisia lämpöjännityksiä ai­

heutuu reiän pieleen ja varren juuren läheisyyteen reunaehtotapauksessa REI. Reu­

naehtotapauksessa RE2 alasäiliön lämpölaajenemisen merkitys on pienempi kuin reunaehtotapauksessa REI ja reunaehtotapauksessa RE3 sillä ei ole melkein mitään merkitystä koska lämpölaajeneminen on vapaata kaikissa suunnissa.

Kuvissa 81 ja 82 on esitetty kehän suuntaiset lämpöj ännitysj akaumat kesäolo­

suhteessa alasäiliössä ja varressa reunaehtotapauksissa REI ja RE2.

S, S22 (Versi)

Kuva 81: Reaktoritornin betonikerroksen lämpöjännitysjakauma kehän suunnassa lämpökuormasta reunaehtotapauksessa REI kesäolosuhteessa.

S. S22 (AlatiHM)

Kuva 82: Reaktoritornin lämpöj ännitysj akauma kehän suunnassa lämpökuormasta reunaehtotapauksessa RE2 kesäolosuhteessa.

118

Kuvia 81 ja 81 vertailtaessa huomataan, että kehän suuntaiset lämpöjännitykset ovat suurimmillaan liitoksen pielessä ja varren juuressa kesäolosuhteessa reunaeh­

totapauksessa REI. Reunaehtotapauksessa RE2 lämpöjännitykset liitoksen ja sen läheisyyden betonikerroksessa ovat melkein samat kesä- ja talviolosuhteessa (vrt.

kuvat 79 ja 82).

Mekaanisten ja lämpökuormien vaikutuksen tarkastelun jälkeen päädyttiin seu- raaviin tuloksiin:

- Hydrostaattinen paine on merkittävin kuorma, joka aiheuttaa suuria vetojännityksiä kehän suuntaan erityisesti liitoksessa ja reiän läheisyydessä.

- Vaikka alasäiliön ja varren betonikerrosten paksuudet olivat pieniä liitoksessa oma-painon ja tuulikuorman vaikutukset olivat silti pieniä.

- Alasäiliön lämpölaajenemistä kuvaavilla reunaehdoilla on suuri vaikutus lämpöjän­

nitysten suuruuteen ja jakaumaan. Reunaehtotapaus RE2 soveltuu parhaiten alasäiliön lämpöjännitysten lujuusanalyysissa.

Mekaanisten kuormien aiheuttamien veto jännitysten pienentäminen vaatii jo­

ko betonikerrosten paksuntamista tai kuormien siirtämistä ulkopuolisille kannat- timille. Lämpöjännitysten pienentämiseen vaikuttaa reaktoritornin lämpöj akauma.

Lämpötila jakaumaan taas vaikuttavat rakennekerrosten paksuudet ja ominaisuudet sekä niiden sijoitus.

Kuvista 78, 79, 80 ja 82 nähdään, että hydrostaattinen paine aiheuttaa suurem­

pia vetojännityksiä alasäiliön liitokseen ja sen ympäristöön kuin muut reaktoritornia rasittavat kuormat. Tästä syystä liitoksen tarkastelussa keskityttiin hydrostaattisen paineen aiheuttamien veto jännityksien pienentämiseen. Jotta vetojännityksiä voi­

daan pienentää on betonikerrosta paksunnettava liitoksessa ja sen läheisyydessä ts vahvennettava liitosta.

In document Structural optimization of tower-like reactor of reinforced concrete in mining industry (sivua 115-120)