宋彦霖 盖红军 赵登鑫
辽宁红沿河核电有限公司，大连，116001
摘要：本文主要介绍表面式应变计某核电厂安全壳强度试验评估中的应用。通过在安全壳筒体外表面加装表面式应变计，并与安全壳内预埋传感器数据进行比对。证明了采用外贴加装的方式替代有故障的预埋式应变计的方法是切实可行的，该方法具有一定应用价值。
关键词：应变计；安全壳；强度评估
一、背景
核电厂安全壳作为核反应堆第三道安全屏障，其结构强度必须满足设计要求。核电站安全壳局部应变测量系统采用预埋应变计测量安全壳结构在不同应力下的应变量[1]。由于建造期间存在多种因素致使安全壳混凝土内预埋的应变计存在部分损坏或者安装方向偏离原有设计要求，导致数据无法读取或者数据不能正确反映设计需求。鉴于预埋入混凝土的异常仪表不可修复和重置；而结构评估手段测点数据又不可或缺性，寻求一种原有结构性能评估系统与方法的替代系统与评价方法，具有重要意义。
本文介绍了某核电厂表面式应变计在安全壳强度评估中的应用。
二、方案介绍
安全壳内预埋应变计分布在安全壳筒体四周、里外两层、各两个方向（竖向V和环向T）。在某电厂安全壳打压试验前，选择安全壳筒体四周4个方位预埋的应变计所对应的安全壳外壁安装表面式应变计[2]。每个方位设置两支正交的GK-4000型振弦式应变计表，为了降低监测数据的变异性，在每个测区加装1 支补充应变计，其中2支补充应变计为水平方向，设置在筒体对称的两个测区上，另外2支为竖直方向，设置在另外的两个对称测区上。
现场传感器两侧固定端块采用高强度结构胶粘贴在混凝土表面，用于比对试验的零应力传感器由铁质基板和传感器共同构成，传感器的安装端块用结构胶固定在铁质基板上，然后将铁质基板的一端用结构胶粘贴在混凝土表面，铁板另一端悬空。现场安装效果如下图1。由于表面式应变计安装在混凝土表面容易受到阳光直射的影响，且整个安全壳试验持续数天，白昼温差较大，传感器受温度干扰较大。现场在每个传感器安装区域加装带散热孔的泡沫隔热罩，以降低阳光直射对传感器的影响。加装隔热罩后效果如图2所示。
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图1传感器安装效果图 图2 加装隔热罩后效果图
三、数据处理
根据传感器的检测原理，应变传感器检测混凝土应变主要包括三种类型的应变：直接输出应变、传感器自身的温度应变、混凝土的自由膨胀收缩温度应变[3]。剔除了传感器自身温度应变的应变值称为真实应变，进一步剔除了混凝土的温度应变的应变值称为修正后应变，修正后应变用于混凝土应力的计算。通常用于环境温度变化不大时，对应变值进行粗略修正。如环境温度变化大且比较频繁时，应通过实际测试对此系数进行校正。
表面式外贴应变计是否能够测得与预埋式应变计数据相关的真实应变，这部分应变包含加载产生的应变以及混凝土热胀冷缩等所有因素产生的应变。只有解决了这一问题才能够进一步剔除不相关的应变来计算加载产生的应力。本试验，对于外贴应变计和预埋式应变计均不对混凝土自身的温度应变进行修正，只对比真实应变。
采用零应力传感器主要用于校正温度对应变造成的影响。零应力传感器由应变传感器与铁质基板构成。零应力是在整个过程中基板不受外力影响，变形全部由基板热胀冷缩产生，应变传感器的理论应变与基板的温度应变相同，按照下式计算：
ε(με) = α × (T1 ? T0)
其中：α取铁质基板的温度线膨胀系数12.2×10-6/℃，T0和T1为两时刻铁质基板的温度，但真实的铁基板温度值无法实时获得，因此采用应变计热敏电阻修正后替代。因此可得安全壳筒体四个方位的应变计热敏电阻温度修正系数。
四、数据对比分析
在整个安全壳试验期间，通过对比安全壳筒体10g和310g表面式外加应变计与安全壳筒体预埋应变计采集数据，其演变趋势如下。
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通过数据分析可以发现，
1、外贴传感器应变曲线与预埋式传感器应变曲线变化规律基本保持一致，且变形响应与压力变化保持基本同步，符合基本力学规律。
2、筒体T向外贴传感器应变曲线与预埋式实际安装位置为T向的传感器应变曲线有很高的符合性。外贴应变计计算的实际应变值比内置传感器计算的实际应变值微高一点，这也与理论情况完全相符。
3、外贴V向传感器的数据变异性较大。分析认为，安全壳V向应变理论上要比T向应变小很多，因此温度对传感器数值的影响更显著一些。
4、310gr 外贴应变计T向及V向的计算应变曲线均比较理想。这与传感器安装的位置有直接关系。表面式振弦应变计真实应变的计算需要修正钢弦温度变化导致的应变，真实应变计算公式基于钢弦温度与热敏电阻温度一致的假设。实际上，钢弦位于保护管中，与热敏电阻无直接的接触，两者的温度不同。在温度变化较小的情况下，两者温度可看作近似相同。然而在温度变化较大的情况下，由于环境热学因素通过不同的途径传递到钢弦和热敏电阻，两者温度将出现差别。24m标高310gr处，处于背阴面且周围有遮挡的角落中，更加有后装的隔热罩的保护，此处的外贴传感器不受阳光直射的影响，空气流通也慢很多，这使得外贴传感器的温度比较稳定，热敏电阻测得的温度更加接近钢弦的温度，因此温度修正后的实际应变数据比较理想。
5 结论
在安全壳预埋应变计无法给出可靠结果或者损坏的情况下，如何进行安全壳混凝土应变的测量和安全壳性能评估是一个急需解决的重要工程问题。表面振弦式应变计是进行安全壳打压期间安全壳混凝土应变测量的一种潜在技术。
外贴式应变计与埋入式应变计的应变对比具有相似的趋势和相当的量级，应变曲线良好的体现了加压与卸压的过程，同时基本捕捉到了最高压时的峰值应变，证明了采用外贴加装的方式替代有故障的预埋式应变计的方法是切实可行的。
外贴式应变计在温差较大的区域长期使用时，必须进行精确的温度修正，而设置可靠的零应力应变计是获得可靠温度修正系数的重要措施。本次试验采用的自由钢板粘贴表面式应变计的方法是良好的实践，同时如何提高温度修正的精度还有很大的研究空间。
参考文献
[1] RCC-G July 86 Edition.压水堆核岛土建设计及建造堆规程[S].
[2]应变计系统运行维护手册[S].国家工业建构筑物质量安全监督检验中心.2012.
[3] VSM-4000振弦式应变计安装使用手册[S].基康仪器有限公司