CN116905813A - 一种用于核电站安全壳倒u型预应力钢束灌注系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统及方法，灌注系统包括两套高压灌注泵组件及两套钢束力传感器组件，两套钢束力传感器组件分别套设在倒U型预应力钢束的两个自由端；每套钢束力传感器组件包括钢束力传感器、下承压板、上承压板及灌油帽；上承压板和下承压板分别设置在钢束力传感器上下两端并通过连接件连接，上承压板通过预先埋在建筑体内的预埋承压板固定；灌油帽套在预应力钢束下端并与下承压板连接；每套高压灌注泵组件包括高压灌注泵及高温高压输油管；高温高压输油管一端与高压灌注泵连通，另一端分别与灌油帽和预应力孔道连通。本发明的灌注系统和方法，不但能保证预应力孔道灌输均匀密实，还能保证在灌油期间及灌油期后对预应力钢束应力变化进行实时准确地监测。

Description

一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统及方法

技术领域

本发明属于土木工程中建筑施工技术领域，具体涉及一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统及方法。

背景技术

建筑结构中预应力技术应用已属于普遍现象，特别是一些大型重要构建物(如核电站安全壳)，必须布置预应力钢束来保证其结构性能。目前预应力钢束布置大都采用后张施工法，即在混凝土结构施工时，预留预应力孔道(一般采用钢管成孔)，在混凝土浇筑完成后，将预应力钢束穿入预应力孔道，然后再对预应力孔道灌注水泥砂浆等介质，保护孔道内预应力钢束不被有害介质腐蚀。现有的灌浆装置和灌浆方法非常简单，灌浆装置包括高压泵和高压管，高压泵通过高压管直接将浆液灌入预应力孔道内，在灌注的过程中，因孔道内留存有气体，所以灌浆后预应力孔道不均匀密实。另外，在灌浆过程中及灌浆后，因受灌注装置及灌注介质影响，无法安装传感器，所以不能对预应力钢束应力变化进行实时监测，导致在灌浆时及灌浆后无法获取预应力钢束的应力变化数据，不能为后期预应力损失评估及预应力分析提供理论依据。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，既能保证预应力孔道内灌输介质均匀密实，还能保证在灌油期间及灌油期后对预应力钢束应力变化进行实时准确监测，为后期预应力损失评估及预应力分析提供重要数据依据。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，包括两套高压灌注泵组件及两套钢束力传感器组件，两套钢束力传感器组件分别套设在倒U形预应力钢束的两个自由端，每套所述钢束力传感器组件包括钢束力传感器、下承压板、上承压板及灌油帽；上承压板和下承压板分别设置在钢束力传感器上下两端并通过连接件连接，上承压板与预先埋在建筑体内的预埋承压板连接；灌油帽套在预应力钢束下端并与下承压板连接；每套所述高压灌注泵组件包括高压灌注泵及高温高压输油管，高温高压输油管一端与高压灌注泵连通，另一端分别与灌油帽和布置在预应力钢束外围的预应力孔道连通。

进一步地，如上述所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，所述预应力孔道顶部开有溢油孔，该溢油孔上安装有承油槽。

进一步地，如上述所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，所述预应力孔道顶部还开有排气孔，该排气孔上连接排气管，用于将预应力孔道内的气体排出。

进一步地，如上述所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，所述下承压板与钢束力传感器之间及上承压板与钢束力传感器之间均设置密封件。

进一步地，如上述所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，所述预埋承压板具有轴向孔，其轴向孔为喇叭口型。

进一步地，如上述所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，所述上承压板和下承压板均具有轴向孔，且两者轴向孔的孔径均大于预应力钢束外径。

进一步地，如上述所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，所述预埋承压板、上承压板、钢束力传感器及下承压板的中心轴线分别与预应力钢束中心轴线重合。

进一步地，如上述所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，两个所述高温高压输油管的进油端分别设置阀门N和N’，两个高温高压输油管的出油端分别设置阀门C和阀门C’、阀门A和阀门A’，两个排气管道的出气口分别设置阀门B和阀门B’，预应力孔道顶部的溢油孔设置阀门H。

本发明还提供一种倒U形预应力钢束灌注防腐润滑油的方法，包括如下步骤：

1)打开灌注系统中所有阀门；

2)启动两台高压灌注泵，同时缓慢泵送防腐润滑油；

3)开始从阀门C和阀门C’灌注，关闭阀门A和阀门A’；待阀门B和阀门B’处出浆后，关闭阀门B和阀门B’；打开阀门A和阀门A’，从阀门A、阀门C和阀门A’、阀门C’同时灌注；

4)当承油槽内灌注油上溢，达到承油槽槽体2/3高度时，停止泵送，关闭阀门N和阀门N’；

5)拆除灌注系统中所有阀门手柄；

6)灌注工作结束。

进一步地，所述灌注防腐润滑油的方法，灌注工作结束后，及时清理高压灌注泵体内、高温高压抽油管路内、高温高压输油管路内积存的防腐润滑油；待承油槽内灌注完全凝固，拆除承油槽，关闭阀门H。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明的灌注系统，通过布置两台高压灌注泵组件，分别从倒U型预应力钢束的两个自由端灌注防腐润滑油，且在正式灌油之前排出预应力孔道内气体，灌油过程中，以承油槽内石蜡油高度为标准，停止灌油，从而保证预应力孔道内灌输石蜡油均匀、密实，内部无空洞，保证预应力钢束不被腐蚀，提高了预应力钢束的使用寿命。

(2)本发明的灌注系统，因设置钢束力传感器组件，所以可在灌油期间及灌油期后对预应力钢束进行预应力监测，获取预应力钢束的应力变化数据，为后期预应力损失评估及预应力分析提供重要数据依据。本发明因灌注介质为防腐润滑油，所以能改善预应力钢束受力状态，降低摩擦损失，保证灌油期间及灌油期后监测数据准确性。

(3)本发明的灌注方法，操作简单，可控性强。

附图说明

图1是本发明灌注系统的结构示意图；

图2是本发明钢束力传感器组件的安装图；

图3是本发明双向超声探测装置布设在预应力孔道或灌油帽内的结构示意图；

图4是图3的俯视图。

图中：

1-高压灌注泵组件

11-高压灌注泵12-高压气管13-高温高压抽油管14-高温高压输油管15-灌注料斗

2-钢束力传感器组件

21-钢束力传感器22-下承压板23-上承压板

24-灌油帽

3-预应力孔道4-预应力钢束5-预埋承压板6-预应力锚具

7-灌注孔8-排气管9-承油槽

10-超声波探测装置

101-超声波接收器102-驱动器103-气泡104-混凝土105-

预应力孔道壁

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

需要说明的是，本申请的说明书、权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1、2所示，是本发明提供的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，其包括两套高压灌注泵组件1、两套钢束力传感器组件2、两个预埋承压板5、两个排气管8及一个承油槽9。

两套钢束力传感器组件2分别套设在倒U形预应力钢束4的两个自由端，每套钢束力传感器组件包括钢束力传感器21、下承压板22、上承压板23及灌油帽24。钢束力传感器21套在预应力钢束4外围，上承压板23和下承压板22分别套在钢束力传感器21上下两端的预应力钢束4上并通过连接件连接，连接件优选螺杆连接。另外，上承压板23通过螺栓固定在预先埋在建筑体内的预埋承压板5上，下承压板22直接固定在预先设置的预应力锚具6上。灌油帽24套在预应力钢束4下端并与下承压板22连接。

其中，预埋承压板5位于上承压板23上端并与预应力孔道连接，预埋承压板5具有轴向孔，其轴向孔为喇叭口型，便于灌注和连接。

预应力锚具6位于下承压板下端，也具有轴向孔，其套在预应力钢束上用于固定预应力钢束。

上承压板23和下承压板22均具有轴向孔，上承压板23和下承压板22轴向孔的孔径大于预应力钢束4外径，这样，在预应力钢束受力变形时，钢束力传感器21不受损伤，保证测量精度。

预埋承压板5、上承压板23、钢束力传感器21、下承压板22、预应力锚具6的中心轴线分别与预应力钢束4中心轴线重合，以保证整个组件的稳定性。另外，钢束力传感器组件2的外形尺寸应与预应力钢束及现场张拉工艺相匹配；还应保证钢束力传感器组件在满量程荷载及1.25倍超载工况下保持弹性变形，且无局部受压破坏或失稳；同时，钢束力传感器组件应满足防潮、防尘、防腐等耐久性需求，保证其在复杂恶劣环境下稳定性工作性能；同时预应力钢束及钢束力传感器具有高精度、耐高温、耐腐蚀的特点。

本发明为保证灌注系统在高温高压下无渗漏，在上承压板23与预埋承压板5之间、上承压板23与钢束力传感器21之间、下承压板22与钢束力传感器21之间分别设置密封件。

两套高压灌注泵组件1分别设置在倒U形预应力钢束两侧，并分别向对应侧的预应力孔道3灌注防腐润滑油。每套高压灌注泵组件包括高压灌注泵11、高压气管12、高温高压抽油管13、高温高压输油管14及灌注料斗15。高温高压抽油管13一端与灌注料斗15连接，另一端与高压灌注泵11连接；高温高压输油管14一端与高压灌注泵11连通，另一端分别与灌油帽24和预应力孔道3连通(预应力孔道3上设有灌注孔7，高温高压输油管14通过灌注孔7与预应力孔道3连通)。高压气管12设置在高压灌注泵11上，用于向高压灌注泵11提供高压。高压灌注泵11压力范围为0.69～6.9bar。高温高压抽油管最高可承受温度为200摄氏度，抽出油管最高承受压力为82bar。

预应力孔道3顶部开有溢油孔，该溢油孔上安装有承油槽9，通过承油槽9里面的进油量检验预应力孔道3灌输是否密实。

预应力孔道3顶部还开有排气孔，该排气孔上连接排气管8，用于在灌注前将预应力孔道3内的气体排出，避免灌蜡过程中预应力孔道3内留存气体。

本发明为了在灌注期间及灌注期后对各管道实行控制，在两个高温高压输油管的进油端分别设置阀门N和阀门N’，两个高温高压输油管的出油端分别设置阀门C和阀门C’、阀门A和阀门A’，两个排气管的管口分别设置阀门B和阀门B’，预应力孔道顶部的溢油孔设置阀门H。

另外，本发明钢束力传感器与在试验或日常管理中工控主机连接，通过工控主机设置数据采集频率和间隔周期，对预应力钢束应力指标进行自动化采集和控制，频率可设置为等间隔或固定时间点，最小时间间隔不少于1分钟，最长时间间隔不大于7天。本发明可有效地减少人工成本，为后期预应力损失评估及预应力分析提供重要数据依据。

本发明灌注方法，包括如下步骤：

1、按预应力施工方案对灌油孔道进行密封性检查；检查方法包括如下步骤：

11关闭系统中所有阀门，对预应力孔道进行充气加压，直到加压至4bar停止加压；

12关闭加压阀门，同时监测预应力孔道内压力变化，在持续时间5分钟内，如果压力下降在0.5bar以内，认为灌油孔道密封性良好；

2、加热防腐润滑油，待防腐润滑油加热至80℃～160℃，进行灌注施工；

3、打开灌注系统中所有阀门；

4、同时启动两台高压灌注泵，同速缓慢泵送灌注料斗中的防腐润滑油，尽量保证两侧灌注速度一致，此时压力宜保持在2-3bar，通过控制压力值确保灌注速度一致性；

5、开始从阀门C和阀门C’灌注，关闭阀门A和阀门A’，待阀门B和阀门B’处出浆后，关闭阀门B和阀门B’，打开阀门A和阀门A’，从阀门A、阀门C和阀门A’阀门C’同时灌注；

6、当承油槽内灌注防腐润滑油上溢，达到承油槽槽体2/3高度时，停止泵送；测量高压灌注泵出油口温度，并记录；关闭阀门N和阀门N’；

7、拆除灌注系统中所有阀门手柄；

8、灌注工作结束后，应及时清理高压灌注泵体内、高温高压抽油管路内、高温高压输油管路内积存的防腐润滑油，以免冷却凝固后影响下一次灌注；待承油槽内灌注石蜡完全凝固，拆除承油槽，关闭阀门H。

9、通过双向超声探测装置10检测预应力孔道和灌油帽灌输的均匀性和密实性；检测前，将双向超声探测装置10预埋在灌油帽或预应力孔道内。

首先，对灌油帽进行检测，取灌油帽任意三个截面，分别对每个截面气泡进行检测，如果检测的截面气泡面积占总面积的10％以内，认为灌油帽区域灌油密实度和均匀性达标；

其次，对预应力孔道进行检测，在预应力孔道穹顶起拱处和预应力孔道垂直段底部设置检测点，如果每个检测截面气泡面积均占总面积的10％以内，认为预应力孔道内区域灌蜡密实度和均匀性达标。

现对预埋式双向超声探测装置及设置的位置进行说明：

预埋式双向超声探测装置10包括超声波接收器101和驱动器102，如图3-4所示。在检测点水平面内，将驱动器102预埋进预应力孔道3内，不与预应力钢束4相接触以激发超声波；将超声波接收器101预埋进预应力孔道壁105外侧混凝土104内，用以接收驱动器102发生超声波信号，对超声波信号进行时域分析和时频分析，用以分析气泡103大小及位置。每个检测截面气泡面积均占总面积的10％以内，认为孔道内区域灌油密实度和均匀性达标。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施方式，但是本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员根据本发明所揭露的技术方案及其发明构思，进行等同替换或改变，所获得的技术方案都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，包括两套高压灌注泵组件(1)及两套钢束力传感器组件(2)，两套钢束力传感器组件(2)分别套设在倒U形预应力钢束(4)的两个自由端，其特征是：每套所述钢束力传感器组件(2)包括钢束力传感器(21)、下承压板(22)、上承压板(23)及灌油帽(24)；上承压板(23)和下承压板(22)分别设置在钢束力传感器(21)上下两端并通过连接件连接，上承压板(23)与预埋在建筑体内的预埋承压板(5)连接；灌油帽(24)套在预应力钢束(4)下端并与下承压板(22)连接；每套所述高压灌注泵组件包括高压灌注泵(11)及高温高压输油管(14)，高温高压输油管(14)一端与高压灌注泵(11)连通，另一端分别与灌油帽(24)和布置在预应力钢束(4)外围的预应力孔道(3)连通。

2.如权利要求1所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，其特征是：所述预应力孔道(3)顶部开有溢油孔，该溢油孔上安装有承油槽(9)。

3.如权利要求2所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，其特征是：所述预应力孔道(3)顶部还开有排气孔，该排气孔上连接排气管(8)，用于将预应力孔道(3)内的气体排出。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，其特征是：所述下承压板(22)与钢束力传感器(21)之间及上承压板(23)与钢束力传感器(21)之间均设置密封件。

5.如权利要求4所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，其特征是：所述预埋承压板(5)具有轴向孔，其轴向孔为喇叭口型。

6.如权利要求5所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，其特征是：所述上承压板(23)和下承压板(22)均具有轴向孔，且两者轴向孔的孔径均大于预应力钢束(4)外径。

7.如权利要求6所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，其特征是：所述预埋承压板(5)、上承压板(23)、钢束力传感器(21)及下承压板(22)的中心轴线分别与预应力钢束(4)中心轴线重合。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种用于核电站安全壳倒U型预应力钢束灌注系统，其特征是：两个所述高温高压输油管(14)的进油端分别设置阀门N和N’，两个高温高压输油管(14)的出油端分别设置阀门C和阀门C’、阀门A和阀门A’，两个排气管(8)的管口分别设置阀门B和阀门B’，预应力孔道(3)顶部的溢油孔设置阀门H。

9.利用如权利要求1-8任一项所述的灌注系统灌注防腐润滑油的方法，包括如下步骤：

1)打开灌注系统中所有阀门；

2)启动两台高压灌注泵，同时缓慢泵送防腐润滑油；

3)开始从阀门C和阀门C’灌注，关闭阀门A和阀门A’；待阀门B和阀门B’处出浆后，关闭阀门B和阀门B’；打开阀门A和阀门A’，从阀门A、阀门C和阀门A’、阀门C’同时灌注；

4)当承油槽内灌注油上溢，达到承油槽槽体2/3高度时，停止泵送，关闭阀门N和阀门N’；

5)拆除灌注系统中所有阀门手柄；

6)灌注工作结束。

10.如权利要求9所述的灌注方法，其特征是：灌注工作结束后，及时清理高压灌注泵体内、高温高压抽油管路内、高温高压输油管路内积存的防腐润滑油；待承油槽内灌注防腐润滑油完全凝固，拆除承油槽，关闭阀门H。