Brevet FR2057080A1 — publié le 19710507

i 2057080 La présente invention concerne un caisson cylindrique sous pression en béton armé précontraint pour réacteur nucléaire. Le terme cylindrique qualifie aussi les modes de réalisation qui ne sont pas de révolution. 5 De tels caissons cylindriques en béton précontraint pour réacteurs nucléaires sont déjà connus sous différentes formes d'exécution, notamment celles qui se composent d'éléments préfabriqués en béton armé, précontraints à l'aide d'une armature de mise en tension qui s'étend sur un périmètre. 10 Ils s'avèrent plus ou moins satisfaisants; toutefois, les frais sont considérables, la précontrainte n'est pas toujours aisée à réaliser et l'on ne peut pas maîtriser simplement la statique de la construction dans son ensemble, eh particulier pour de très grands caissons. 15 C'est également le cas pour un mode de réalisation, décrit dans une demande antérieure déposée en Allemagne le 3 Décembre 1966 sous le n* P 16 84 711.3 par la Demanderesse, caractérisé par des pièces préfabriquéés en béton armé à armatures dormantes, en forme de secteurs cylindriques assemblables en caisson cylin-20 drique et comportant des canaux qui s'étendent sur un périmètre du cylindre pour recevoir des aciers de précontrainte, ainsi que par des aciers qui peuvent se fermer en cercles et s'introduire dans les canaux et par des presses tendeuses qu'on peut glisser dans les joints entre les pièces préfabriquées en béton armé et, 25 là, entre les aciers. Les pièces préfabriquées en secteurs de cylindre sont assemblées pour former le caisson cylindrique par introduction des aciers de précontrainte dans les canaux et pose des presses dans les joints; les aciers sont fermés, les presses manoeuvrées, puis les joints scellés. 30 La présente invention a pour but de créer un caisson sous pression pour réacteur nucléaire qui se signale par des conditions statiquement maîtrisables et par le fait qu'il est peu onéreux à la fabrication et au montage et permet aussi avec simplicité de réaliser la précontrainte. 35 Selon l'invention, dans un caisson cylindrique sous pression pour réacteur nucléaire qui se compose de pièces préfabriquées en béton armé, précontraintes à l'aide d'une armature qui s'étend sur un périmètre, ces pièces sont des éléments concentriques de coque annulaire posés les uns dans les autres. Les divers 40 éléments sont précontraints par une armature mise en place exté 69 36740 2 2057080 rieurement et s'appuient les uns contre les autres, quand ils reprennent la pression interne, par une couche de glissement appliquée sur eux, sous eux ou à la fois des deux cotés, c'est-à-dire entre les différents anneaux, La couche de glissement trans-5 met alors certes des forces de compression radiales, mais ne transmet pas, ou ne le fait que dans une faible mesure, stati-quement peu importante, des efforts de cisaillement. Dans un mode de réalisation préférentiel, les éléments de coque sont partagés à leur tour en secteurs. Selon la hauteur 10 que le caisson conforme à l'invention doit présenter, on peut superposer plusieurs de ces éléments. A cet égard, il est préférable que les éléments de coque, ou bien leurs secteurs, présentent des canaux de précontrainte qui s'étendent dans la direction des génératrices, c'est-à-dire verticalément, en étant superposés 15 plusieurs fois sur la hauteur du caisson et en étant précontraints ensemble par des armatures verticales qu'on loge dans les canaux. Les éléments de coque ou leurs secteurs sont constitués de façon ordinaire et ne sont munis pour cela, en général, que d'une armature dormante. 20 Les avantages obtenus grâce à l'invention résident d'une part dans le fait qu'on assemble ainsi, pour fabriquer des caissons sous pression de réacteur nucléaire en béton armé, nécessairement lourds et épais, des coques cylindriques minces qu'on peut maîtriser statiquement sans difficulté une par une, et 25 qui conduisent aussi, une fois réunies, à des conditions statiques simplement maîtrisables, car il n'y a pratiquement pas transmission de forces de cisaillement entre les divers éléments de coque annulaire. D'autre part, la précontrainte peut se réaliser sim-30 plement, par exemple quand l'armature de mise en tension se compose, de manière en soi connue, de plusieurs couches, enroulées sous tension, en fil d'acier assez mince, c'est-à-dire épais de quelques millimètres. Avec une telle armature, il y a addition, comme on le sait, de la tension des différents enroulements et 35 couches. La couche de glissement se compose opportunément de plaques préfabriquées lisses en béton armé, le cas échéant dotées d'un revêtement en couche lubrifiante; ces plaques sont, ou bien cintrées par préfabrication, ou bien conçues pour s'adapter au 40 cintre par déformation élastique. On peut aussi utiliser des 69 36740 3 2057080 feuilles de glissement. Les éléments" de coque annulaire sont préfabriqués de manière usuelle et sont placés les uns autour des autres de l'intérieur vers l'extérieur, après mise en place, sur eux, de l'ar-5 mature de précontrainte et, sur et/ou sous eux, de la couche de glissement. En tête et en pied, les éléments de coque ou les parois construites sur eux du caisson peuvent se rattacher de différentes manières aux autres parties de la construction, c'est-à-dire notamment au plancher et au plafond. Il n'est alors pas 10 exclu de fabriquer ces parties auxiliaires en béton produit sur place. Dans un mode de réalisation plus simple, les éléments de coque précontraints à emboîtement concentrique sont frettés en tête et en pied dans des anneaux en béton armé qui, eux-mêmes 15 précontraints, correspondent à l'épaisseur de l'ensemble des éléments de coque emboîtés. Ces anneaux peuvent aussi résulter de ' l'assemblage de plusieurs éléments annulaires concentriques. Le plancher e#Le plafond se rattachent aux anneaux de frettage en béton armé. Par un développement qui s'ensuit de la 20 conception fondamentale conforme à l'invention de la décomposition de parties composantes statiquement obscures en coques dont on sait maîtriser la statique, dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, qui prend une importance particulière, le plancher et le plafond sont des ensembles porteurs voûtés et, 25 à cet effet, sont constitués par un certain nombre de coquilles préfabriquées, posées les unes dans les autres, en béton armé. On peut, là aussi, interposer des couches de glissement. La jonction des coquilles aux anneaux de frettage est assez simple et statiquement claire, si lesdits anneaux présen-30 tent des décrochements situés sur le pourtour de leur face interne, dont les surfaces inclinées sont dirigées orthogonalement à la tangente adjacente aux coquilles et qui se rattachent par des armatures de jonction à d'autres qui appartiennent aux anneaux de frettage. On pourrait aussi prévoir à ces endroits de raccor-35 dement des articulations. La description qui va suivre, en regard des dessins schématiques annexés à titre d'exemple, fera bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. On y a, particulièrement insisté sur les points de vue statiques. 40 La figure 1 représente en coupe axiale un caisson sous 69 36740 K 2057080 pression conforme à l'invention pour réacteur nucléaire. La figure la représente à plus grande échelle le détail A de la figure 1. La figure 2 est la coupe II-II du caisson de la figu- 5 re 1. La figure 2a en représente à plus grande échelle le détail B. La figure 3 montre à grande échelle le détail C du caisson de la figure 1. 10 La figure 4 en est une variante. La figure 5 représente le détail agrandi D du caisson de la figure 1„ La figure 6 en représente le détail agrandi E. Le caisson cylindrique sous pression pour réacteur nu-15 cléaire que représentent les figurés se compose d1éléments préfabriqués 1 en béton armé, précontraints à l'aide d'une armature 2 qui s'étend sur un périmètre. Les éléments 1 sont des éléments de coque annulaire concentriques emboîtés. Les divers éléments 1 sont précontraints par une armature 2 de mise en tension enroulée 20 extérieurement. Ces éléments annulaires s'appuient les uns contre les autres, quand ils reprennent la pression interne grâce à une couche de glissement 3 interposée, dans cet exemple de réalisation, entre les anneaux qu'ils forment; cette couche transmet certes les 25 forces radiales de compression, mais ne transmet pas, ou ne le fait que dans une faible mesure, les efforts de cisaillement. La couche de glissement 3 peut aussi être située sur l'armature 2; on peut disposer au surplus des feuilles 4 de glissement. Il n'a pas été dessiné que les éléments de coque annu-30 laire 1 peuvent à leur tour être partagés en secteurs. On comprend, d'après la figure 2, qu'ils présentent des conduits verticaux 5 de mise en tension, s*étendant dans la direction des génératrices, et sont superposés plusieurs fois sur la hauteur du caisson en étant précontraints ensemble et sur leur périphérie par des arma-35 tures verticales 6 logées dans les conduits 5. Lès éléments 1 eux-mêmes ne possèdent en propre qu'une armature dormante 7, dont la présence n'est que rappelée sur les dessins. L'armature de précontrainte 2 se compose, dans cet exemple et selon un mode de réalisation préférable de l'invention, 40 de plusieurs couches enroulées sous tension en fil de précontraint 69 36740 5 2057080 te assez mince. On voit notamment sur la figure 3 comment est constituée la couche de glissement 3. Elle se compose de plaques préfabriquées lisses en béton, qui peuvent présenter un revêtement en 5 couche lubrifiante; on peut cependant utiliser aussi des feuilles de glissement 4 et un scellement convenable (figure 4). Les éléments 1 de coque annulaire précontraints, en emboîtement concentrique, sont frettés en tête et en pied dans des anneaux 8 en béton armé eux-mêmes précontraints, qui ont l'épais-10 seur de l'ensemble des éléments de coque annulaire emboîtés. De même, ces anneaux 8 résultent de l'assemblage d'éléments annulaires concentriques 9, mais avec une conception telle que les efforts de cisaillement soient aussi transmis. On prévoit à cet effet des surfaces indentées 10, telles qu'indiquées figure 5. 15 L'espace qui subsiste au montage entre les différents anneaux est rempli par un scellement 11 en béton. Un plancher 13 et un plafond 14 se rattachent aussi aux anneaux de frettage 8 en béton armé. Dans cet exemple et d'après une forme d'exécution préférable, le plancher 13 et le 20 plafond 14 prennent la forme d'ensembles porteurs voûtés en béton armé et, pour cela, sont constitués par un certain nombre de coquilles 15 en béton armé posées les unes dans les autres par préfabrication. Il convient du reste là aussi d'interposer des couches 25 de glissement 16, ce qui est indiqué figure 6. On peut de surcroît se reporter à la figure la. Les anneaux 8 de frettage en béton armé possèdent en outre des redans 17 qui s'étendent tout autour de leur face interne et dont les surfaces inclinées 18 sont dirigées orthogonalement à la tangente aux coquilles 15 en cet endroit. 30 Des aciers 19 de raccordement dépassent de ces coquilles et il leur correspond des aciers de raccordement 20 appartenant aux anneaux 9. Après scellement des joints de culée, les aciers de raccordement forment un assemblage rigide. L'épaisseur des parois cylindriques du caisson sous 35 pression qui résultent de l'assemblage des éléments de coque 1, ainsi que celle du plancher 13 et du plafond 14, peuvent par exemple être de l'ordre de 3 mètres. Les éléments 1 sont préfabriqués en tronçons dont la hauteur vaut par exemple 2 à 3 mètres. Ils sont précontraints avant le montage, leur précontrainte étant alors 40 conçue, à l'aide de l'armature 2, de façon à s'adapter à la 69 36740 6 2057080 contrainte statique due à la pression d'exploitation et au gradient de température en chaque point. Les couches de glissement 3 sont en mesure de transmettre la pression interne d'exploitation aux différents éléments 5 de coque annulaire 1. Les efforts de cisaillement ne peuvent pratiquement pas se manifester. Les éléments 1 sont superposés au montage de façon usuelle avec un joint en maçonnerie 22 et, par la suite, mis conjointement sous tension axiale de la manière décrite, ce qui ne présente aucune difficulté. Ils ont chacun une 10 épaisseur relativement petite par rapport au diamètre de leur cylindre. Leurs tensions peuvent donc être calculées exactement par la théorie des coques également dans la direction des génératrices. Comme les couches de glissement 3 éliminent pratiquement la transmission de forces de cisaillement, l'action séparée des 15 éléments 1 se trouve statiquement garantie. De plus, on obtient que, au cours de la fabrication des éléments 1, leur chaleur d'hydratation s'échappe directement vers l'extérieur,si bien que les tensions propres incontrôlables qui en résultent sont aussi éliminées dans le caisson selon l'invention; 20 de même, en ce qui concerne le plancher 13 et le plafond 14, leur action élémentaire en coquilles 15 est garantie, plus précisément quand on y dispose de la façon décrite des couches de glissement 16. Les forces de cisaillement peuvent être déterminées aisément par la théorie des coques. 25 II existe sur le bord supérieur de l'élément 1 le plus à l'intérieur et le plus haut un anneau 23 sur lequel s'appuie le système que forment les coquilles 15. En cas d'absence de pression interne et, ainsi, d'élimination de la poussée de voûte, les coquilles 15 agissent statiquement comme des plaques en forme 30 d'anneaux circulaires en appui sur leurs bords. Pour détourner les forces d'appui ainsi apparues des coquilles 15 dans les éléments annulaires 1 qui composent la paroi du caisson sous pression, on se sert des anneaux de frettage précontraints 8, dont l'épaisseur totale correspond à celle de la paroi cylindrique, assemblée de 35 la façon décrite, dudit caisson. Avec la disposition décrite de redans 17, on peut sans autre difficulté monter ultérieurement les voûtes sans être gêné par l'anneau de frettage 8. Les éléments annulaires concentriques 9 sont précontraints isolément avant le montage. Après avoir été 40 montés, ils sont mis sous tension par les organes verticaux de 69 36740 7 2057080 précontrainte 6 sur les éléments 1 qui composent la paroi du caisson. On choisit alors des précontraintes tangentielles telles que les efforts de compression des anneaux passent dans toute 5 leur section, de façon que leur résultante s'applique au point d'intersection de la résultante des poussées des voûtes et de la résultante des précontraintes verticales. On donne pour cela, aux joints situés entre les différents éléments annulaires 9, une configuration pour l'essentiel 10 autre que dans la paroi cylindrique du caisson efyfeela pour reprendre les forces de cisaillement qui sont transmises à cause de la composante verticale des forces d'appui des coquilles 15. A cet effet, les surfaces internes sont en premier lieu munies, de la .façon déjà décrite, d'une denture 10. D'autre part, l'armature de 15 précontrainte 12 ne reçoit aucun revêtement glissant ou analogue, si bien que la rugosité nécessaire pour qu'il y ait jonction résistant au cisaillement est là aussi donnée par un scellement. XI en résulte que les anneaux de frettage 8 en béton armé sont traversés uniformément, aussi bien tangentiellement que 20 verticalement, par des aciers de précontrainte et par une armature dormante. C'est aussi le cas pour les parois composées des éléments 1 et est très important pour la sécurité à la rupture du caisson du réacteur dans son ensemble. En outre, on obtient, avec ce genre de précontrainte, 25 une économie importante en acier de mise en tension par rapport aux dispositifs ordinaires où il faut que la précontrainte soit beaucoup plus grande. Les éléments préfabriqués en béton armé de ce caisson peuvent être produits sans difficulté dans des usines à béton ou bien sur le chantier. Pour en permettre le transport, 30 on partage convenablement en secteurs les éléments de coque 1 ou les éléments 9 des anneaux de frettage 8. 69 36740 8 2057080 - REVENDICATIONS - 1. Caisson cylindrique sous pression pour réacteur nucléaire, composé de pièces préfabriquées en béton armé, précontraintes à l'aide d'une armature qui s'étend dans le sens d'un 5 périmètre, caisson caractérisé par le fait que ses pièces en ~ béton armé sont des éléments (1) de coque annulaire concentriques emboîtés qui, précontraints isolément par une armature (2) appliquée extérieurement, s'appuient les uns contre les autres grâce à une couche (3) de glissement située entre les différents anneaux, 10 cette couche (3) transmettant certes des forces de compression, mais pas du tout ou seulement dans une faible mesure des efforts de cisaillement. 2. Caisson selon la revendication 1, caractérisé par le partage en secteurs des éléments (l) de coque annulaire. 15 3. Caisson selon les revendications 1 ou 2, caracté risé par le fait que ses éléments (1) de coque annulaire présentent des conduits de précontrainte (5) s'étendant dans la direction des génératrices, c'est-à-dire verticalement, et sont superposés en plusieurs séries sur la hauteur dudit caisson, en étant 20 précontraints ensemble et verticalement par des armatures verticales (6) logées dans les conduits (5). 4. Caisson selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les éléments (l) de coque annulaire ne présentent pour leur part qu'une armature dormante (7)» 25 5. Caisson selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'armature de précontrainte (2) posée extérieurement se compose de plusieurs couches, enroulées sous tension, en fil de tension assez mince. 6. Caisson selon l'une quelconque des revendications 30 1 à 5, caractérisé par le fait que la couche de glissement (3) se compose de plaques préfabriquées lisses en béton, éventuellement dotées d'une couche lubrifiante ou d'un revêtement (4) en feuille de glissement. 7. Caisson selon l'une quelconque des revendications 35 1 à 6, caractérisé par le frettage en tête et en pied des éléments (l) de coque annulaire, précontraints et à emboîtement concentrique, dans des anneaux (8) en béton armé précontraint. 8. Caisson selon la revendication 7» caractérisé par le fait que les anneaux de frettage (8) sont aussi divisés en 69 36740 9 2057080 éléments annulaires concentriques (9) qui sont joints entre eux au moins en direction verticale pour résister au cisaillement. 9. Caisson selon les revendications 7 ou 8, caractérisé par le rattachement d'un plancher (13) et d'un plafond (14) 5 aux anneaux de frettage (8). 10. Caisson selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le plancher (13) et le plafond (14) ont la forme d'ensembles porteurs voûtés et, à cet effet, sont constitués par un certain nombre de coquilles (15) en béton 10 armé, posées les unes dans les autres par préfabrication. 11. Caisson selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que les anneaux de frettage (8) présentent des redans (17) situés sur le pourtour de leur face interne, dont les surfaces inclinées sont orthogonales à la tan- 15 gente à la voûte des coquilles attenantes (15)* avec assemblage par une armature de jonction (19) à des armatures de jonction (20) •appartenant aux anneaux de frettage (8).