[发明专利]一种基于分布式传感技术的核电厂安全壳整体性能评价方法

摘要

本发明涉及重大土木结构工程安全监测和核安全领域，具体涉及一种基于分布式传感技术的核电厂安全壳整体性能评价方法，包括如下步骤：在安全壳上铺设传感光纤；获取筒体的真实应变值及径向位移值；获得筒体的理论应变值及径向位移值；对安全壳进行性能评价，判断安全壳是否满足整体强度要求，本专利基于分布式传感技术评价安全壳整体性能的方法，可实现即使安全壳混凝土结构预埋振弦传感器失效的情况下仍可以进行整体性能评价，且具有多区域铺设、长距离、数据丰富，可消除局部位置的偶然误差等创新点和优点，可满足现有预埋应变监测传感器补充和失效前升级改造需要，为核电厂的长寿期运行提供保证。

主权项

1.一种基于分布式传感技术的核电厂安全壳整体性能评价方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在安全壳上铺设传感光纤，具体为：在筒体的顶部、中部和筏基部位的表面沿环向分别铺设水平传感光纤；所述筒体自其顶部到中部间隔铺设多条竖向传感光纤；在所述水平传感光纤和所述竖向传感光纤的铺设位置分别铺设温度补偿光纤，每一根传感光纤均一一相应的设有与其相配合的一根温度补偿光纤；2)获取筒体的真实应变值及径向位移值2.1)对铺设好的传感光纤进行数据采集，当光栅移动时背向散射光显示出多普勒频率移动特性，布里渊频移vB和局部的声波速度相关，取决于材料局部的温度和应变，其关系如下：vB＝2nVa/λ0                                  (1)式(1)中，Va—声子的声速；λ0—入射光的波长；n—传感光纤的有效折射率系数；n和Va随传感光纤的应变和温度变化而变化，布里渊频移vB如公式(2)，ΔvB＝vB(ε0，T)‑vB(0,0)＝Cεε0+CTT                   (2)式(2)中，ΔvB—布里渊频移增量；vB(ε0，T)—布里渊频移时变量；vB(0,0)—没有温度和应变施加时的布里渊频移；Cε—应变系数；ε0—初始应变；CT—温度系数；T—温度/℃；传感光纤上每隔LSI距离测点的平均应变，LSI为采样间隔，空间分辨率LSR为布里渊分析得到的LSI长度的平均应变，式(3)中，c—光波在真空中传播的波速；τ—入射光脉冲的持续时间；如果布里渊测点成为连续测点，整段传感光纤的变形Δl如下式：如果布里渊测点是离散的，通过把离散的测点的应变相加，得到整段传感光纤的变形Δl为：式(5)中，N—测点数；2.2)采用温度补偿光纤对上述传感光纤的实测应变值进行修正，即获得修正后筒体沿水平方向的真实应变值ε0x和筒体沿竖直方向的真实应变值ε0y；2.3)通过式(6)获得筒体的真实径向位移ΔR1：ΔR1＝R×ε0x                                       (6)其中，R为筒体直径；3)获得筒体的理论应变值及径向位移值3.1)根据受力平衡方程，在水平切线方向有：PR＝Δσc(t)Ac+ΔσL(t)AL+Δσs(t)As+Δσp(t)AP              (7)Δσc(t)—混凝土单位面积应力增量；ΔσL(t)—钢衬里单位面积应力增量；Δσs(t)—钢筋单位面积应力增量；Δσp(t)—预应力钢束土单位面积应力增量；混凝土和钢衬里处于平面应力状态，根据第二强度理论：εx—筒体水平切线方向应变；E—弹性模量；σx—筒体水平切线方向应力；ν—泊松比；σy—Y轴竖直方向应力；安全壳在内压下有：由式(7)、式(8)和式(9)得水平切线方向应变为：νc—混凝土泊松比；νL—钢衬里碳钢泊松比；根据受力平衡方程，在筒体竖直方向有：Δσd(t)—预应力钢束套管单位面积应力增量；混凝土和钢衬里处于平面应力状态，根据第二强度理论：εy—筒体竖直方向应变；安全壳在内压下有：由式(10)、式(11)和式(12)得筒体竖直方向应变为：上述式(7)至式(12)中：PR—内压下混凝土水平切线方向单位长度集中力；—内压下混凝土竖直方向单位长度集中力；Ec、ES、EL、EP、Ed—混凝土、钢筋、钢衬里、钢束、钢束套管对应的弹性模量；Ac、AS、AL、AP、Ed—混凝土、钢筋、钢衬里、钢束、钢束套管单位长度对应的截面面积；3.2)通过式(13)获得筒体的理论径向位移ΔR2：ΔR2＝R×εx(t)                                     (13)4)安全壳性能评价当同时满足以下两个条件时，安全壳满足整体强度要求：条件一，修正后筒体在水平及竖直方向的真实应变值以及径向位移值不超过相应的理论计算值的30％；条件二，修正后筒体在水平及竖直方向的真实应变值以及径向位移值随安全壳内压力变化呈现线弹性特征。