Brevet FR2554489A1 — publié le 19850510

DALLE EN BETON ARME POUR REACTEUR NUCLEAIRE, NOTAMMENT DU TYPE RAPIDE La présente invention a pour objet une dalle ou un plafond en béton armé pour réacteur nucléaire, notamment de type rapide. Les réacteurs nucléaires de type rapide sont constitués, pour leurs éléments structureles principaux, d'une enveloppe ou cuve de réacteur sensiblement cylindrique, en acier à fond sphérique ou de toute façon bombé et qui est supportée par la dalle du réacteur. Cette dalle est munie de passages pour les différents organes et éléments fonction- nels qui font partie du réacteur tels que des échangeurs de chaleur, des pompes, des dispositifs de contrôle et des assemblages de combustibles ou similaires. Dans les solutions connues, la dalle est normalement disposée prés de l'anneau de l'enveloppe du réacteur en béton armé, délimitant ainsi le puits du réacteur dans lequel est contenue la cuve du réacteur. Ce puits du réacteur est délimité vers le bas par un radier qui forme généralement un corps monobloc en béton avec l'anneau de réacteur. La dalle de réacteur doit assurer diverses fonctions: elle doit, tout d'abord, supporter le réacteur lui-même ainsi que le sodium liquide dans lequel est immergé le réacteur ainsi qu'en général tous les compo- sants nécessaires au fonctionnement du réacteur. Dans les réacteurs connus, la dalle est supportée ou suspendue au bord supérieur de l'anneau du réacteur et elle se comporte comme une plaque circulaire en appui libre à sa périphérie. Il est.donc nécessaire que la dalle soit très rigide pour réduire la rotation de flexion du bord de la dalle entre certaines limites acceptables en fonction de la précision de la réalisation de son bord périphérique. Dans les réacteurs de type connu, la dalle est réalisée en acier et est, en général, formée de deux plaques reliées entre elles à leur périphérie par une virole externe. Les deux plaques horizontales et 2 2554489 parallèles sont munies de trous alignés pour le passage des différents éléments du réacteur et au niveau des trous correspondants, les deux plaques sont reliées par des viroles intermédiaires. La deuxième fonction assurée par la dalle du réacteur est celle d'un élément ou organe de confinement, c'est-à-dire d'obturation; la dalle du réacteur doit jouer le rôle d'un organe de fermeture étanche entre la partie interne de l'enveloppe du réacteur et l'environnement au-dessus de la dalle. Cette fonction est assurée dans les dalles des réacteurs connus par les mêmes éléments structuraux en acier qui assu- rent déjà les fonctions de support. Une troisième fonction de la dalle du réacteur consiste à assurer une protection biologique (écran) contre les radiations qui naissent à l'intérieur de la cuve du réacteur. A cette fin, dans les réacteurs connus qui comportent une dalle de réacteur à structure porteuse, on prévoit pour la dalle un remplissage en béton armé. Dans les dalles des réacteurs connus, sont en plus prévus différents systèmes de réfrigéra- tion et de calorifugeage pour créer une barrière thermique suffisante entre l'intérieur de l'enveloppe et l'environnement. Les dalles des réacteurs de type connu présentent, dans la plupart des cas, les caractéristiques suivantes: - la dalle du réacteur est formé par deux plaques d'acier parallèles et superposées, reliées entre elles par une virole périphérique et par des viroles intermédiaires disposées en face des ouvertures de dalle destinées au passage des différents éléments et constituants du réacteur; - la dalle du réacteur est supportée ou suspendue au bord supérieur de l'anneau du réacteur qui limite latéralement le puits du réacteur; - la structure métallique de la dalle du réacteur assure, en plus de la fonction de support, la fonction de confinement c'est-à-dire de fermeture étanche; - la protection biologique est obtenue par un remplissage en béton armé. Ces caractéristiques constructives présentent les inconvénients sui- vants: - la réalisation de la double fonction de support et de confinement implique une construction onéreuse; 3 2554489 - le fait de supporter la dalle à sa périphérie externe exige, de la part de celle-ci, une rigidité élevee et donc de plus grandes épaisseurs ou densités à égalité de charges supportées. L'un des buts de la présente invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, la dalle du réacteur est réalisée en béton, éventuel- lement précontraint, à l'intérieur d'un coffrage en tôle solidaire de la dalle et est encastrée à l'extrémité supérieure de l'anneau du réacteur. L'encastrement de la dalle sur la tête du puits du réacteur constitue une amélioration importante, même si elle n'est pas indispensable pour réaliser l'invention. La dalle en béton armé est revêtue d'une enveloppe métallique formant tôle de confinement et qui, en se raccordant avec les viroles entourant les ouvertures de pénétration des composants du réacteur, assure la fonction d'étanchéité entre l'atmosphère immédiate autour du réacteur et l'environnement. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la dalle comporte une double structure dont l'une réalise la fonction de support structurel sous la forme d'une semelle en béton armé, tandis que l'autre réalise la fonction d'étanchéité sous la forme d'une tôle de confine- ment. Entre la tôle de confinement et le caisson métallique constituant le coffrage de la structure en béton armé, un intervalle d'épaisseur adéquate crée une enveloppe qui contient un fluide thermo-convecteur, de préférence gazeux, permettant l'homogénéisation des températures dans la structure et le maintien de la température moyenne de cette structure dans un intervalle de température pré-établi. A proximité de son encastrement avec l'anneau du réacteur, la face inférieure de la dalle comporte un évidement annulaire revêtu également d'une tôle métallique, le fond de l'évidement étant traversé par une virole de support qui, à sa périphérie inférieure, est soudée en bout au bord supérieur de la cuve du réacteur et est reliée à sa partie supé- rieure à une couronne d'étriers d'ancrage qui sont noyés dans l'épais- seur de la dalle en béton armé. Les étriers d'ancrage sont disposés alternativement selon une surface cylindrique, selon une surface conique inclinée vers le centre de la cuve du réacteur et, enfin, selon une surface conique inclinée vers l'extérieur de la cuve. Chacun des groupes comportant trois étriers qui sont orientés différemment est formé par 4 2554489 découpe dans une même bande de tôle de fentes de séparation et est muni à sa partie supérieure d'une tête en forme de marteau ou de T. Selon un autre mode de réalisation de la dalle, sa face inférieure et les faces internes des passages qui la traversent sont munies d'une gaine parcou- rue par un fluide réfrigérant au moyen d'une deuxième enveloppe métallique parallèle à la première. Les couples de viroles enveloppant les ouvertures ménagées à travers la dalle sont reliés chacun à un corps en forme de flasque supportant des composants du réacteur qui traversent la dalle. Selon l'invention, la dalle peut être munie au-dessus de son épaisseur en béton armé d'un revêtement de calorifugeage ayant une fonction de protection contre un feu de sodium (effets thermiques et physico-chimiques) pour la partie restante de la dalle en béton armé. Les principaux avantages de la dalle selon l'invention peuvent être résumés de la façon suivante: - la fonction structurelle étant séparée de la fonction d'étanchéi- té, les inspections en service peuvent être supprimées ou à tout le moins considérablement réduites; - l'élément structurel présente une capacité thermique élevée qui est ainsi mieux en état de supporter des conditions accidentelles transitoires du système de refroidissement du réacteur et/ou du système de refroidissement de la dalle; - en cas d'accident de feu de sodium, la protection de la structure de la dalle est plus aisée; - la structure en béton armé présente une rigidité verticale très forte avec une épaisseur plus faible de l'ensemble de la structure ce qui rend celle-ci plus apte à filtrer les excitations sismiques à basse fréquence par les structures du bloc de réacteur. Cette caractéristiques est importante pour la sécurité de la liaison entre la périphérie et la tête du puits de réacteur; - la quasi-suppression des inspections en service de la structure de la dalle permet d'adapter la hauteur du canal dans lequel passe le fluide thermo-convecteur aux exigences locales de l'échange thermique sans se heurter à une limitation de la hauteur minimale de ce canal; - grâce au coût réduit de la structure métallique et aux économies réalisées sur les composants du réacteur par suite de la réduction de la hauteur des passages à travers la dalle, le coût de réalisa- tion du réacteur est réduit. 2554489 D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé o: - la figure 1 est une coupe verticale axiale simplifiée de la moitié de droite d'un réacteur nucléaire rapide équipé d'une dalle selon l'invention; - la figure 2 représente, à plus grande échelle, le détail de l'encastrement de la dalle du réacteur sur l'anneau du réacteur qui définit l'enveloppe avec le puits du réacteur; - la figure 3 est une vue, à plus grande échelle encore, selon le plan III-III de la figure 2 des moyens de suspen- sion et d'ancrage de la cuve du réacteur à la dalle; - la figure 4 est une vue partielle en plan de la dalle du réac- teur. Sur les figures, la référence 10 se rapporte à la cuve du réacteur formée par une virole cylindrique fermée à sa base par un fond bombé. Cette cuve 10 est soutenue par une dalle de réacteur 20 encastrée à sa périphérie, à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 30 de réacteur constituant protection biologique et qui définit, avec le radier 40, le puits 50 du réacteur. La dalle 20 est traversée par des passages 21, 22 qui permettent de loger les différents composants du réacteur, comme par exemple les échangeurs de chaleur, les dispositifs pour la mise en place et le retrait des assemblages de combustibles, etc... La structure de la dalle du réacteur est représentée en détail sur la figure 2. La dalle 20, en béton armé pré-contraint, est encastrée à sa périphérie à l'extrémité supérieure de l'enveloppe du réacteur 30 en formant un monobloc avec celle-ci, comme on le voit à la figure 2. La surface interne des passages 21, 22 de la dalle 20 du réacteur est revêtue par des viroles 23, 24, dénommées ici viroles intermédiaires, qui sont réalisées en tôle d'acier et reliées, de façon étanche, à une tôle 25 recouvrant la partie basse de la dalle 20 en béton armé. La tôle métallique de recouvrement 25 est munie d'ouvertures correspondant aux passages 21 et 22 de la dalle du réacteur. 6 2554489 Dans la zone de l'encastrement, entre la dalle 20 du réacteur et l'enveloppe de réacteur 30, la dalle 20 comporte un évidement annulai- re 26 recouvert d'un revêtement métallique constitué par une virole périphérique 28, de forme générale cylindrique, soudée à sa partie inférieure à la périphérie de la tôle de recouvrement 25 et soudée, à sa partie supérieure, à une plaque annulaire de tôle 29 qui forme le revêtement du fond de l'évidement annulaire 26 et qui est soudée, par son bord périphérique externe, à une plaque tronconique 31 qui se termine, à sa partie inférieure, par un flasque 32 fermant le revêtement de la surface externe de l'évidement annulaire 26. Une feuille de tôle mince 33 est soudé au flasque 32 pour le prolonger et habiller ainsi de façon continue les parois internes du puits de réacteur 50. Les tôles 23, 24, 25, 28, 29 et 31 constituent des moyens de confinement qui rendent étanche la dalle du réacteur. On remarquera que ces tôles servent de coffrage étanche pour la dalle du réacteur au moment de sa réalisation en béton armé. De même, la tôle mince 33 constitue la paroi de confinement latéral du puits de réacteur 50. La cuve 10 du réacteur est soutenue par une virole de suspen- sion 34 de plus grande épaisseur que la cuve 10 et qui traverse la tôle annulaire 29 et dépasse, à l'intérieur de l'épaisseur de la dalle 20. Collmme on le voit sur les figures 2 et 3, des étriers d'ancrage sont soudés sur le bord supérieur de la virole de suspension 34 dans des positions alternativement verticales, puis inclinés vers la partie interne du réacteur, puis respectivement vers l'extérieur du réacteur. De cette façon, le poids de la cuve 10, du sodium et des équipements qu'elle contient est supporté efficacement par une triple couronne d'étriers d'ancrage 35', 35" et 35"' représentée à la figure 3. Chaque groupe 35, de trois étriers, se développe à partir d'une unique bande de tôle 36 commune aux trois étriers et soudée en 37 au bord supérieur de la virole de support 34 munie, entre chaque bande de tôle 36, d'une découpe circulaire 38. Comme on le voit sur la figure 3, les trois étriers d'ancrage 35 sont obtenus en découpant une encoche ou une fente longitudinale dans la bande de tôle 36, cette encoche étant interrompue à la partie inférieure par des élargissements circulaires 39 qui ont pour fonction, comme les découpes 38, d'éviter les concentrations de contraintes. Pour augmenter l'effet d'ancrage du groupe d'étriers 35, chacun des étriers se termine, à sa partie supérieure, par une tête 41 en forme de marteau ou de T. 7 2 2554489 Les viroles 23, 24 et la tôle 25 sont munies d'étriers d'ancrage soudés qui dépassent à l'intérieur de la dalle 10 en béton armé pour laquelle elles forment un coffrage étanche. Les armatures de la dalle en béton armé sont schématisées à la figure 4 o sont indiquées par un semis de points les zones précontraintes et par des lignes continues les axes des armatures réalisant l'effet de précontrainte du béton armé. Selon une autre disposition de l'invention, afin de permettre un refroidissement de la surface interne des viroles 23, 24 et 28 et de la face inférieure de la dalle du réacteur 20, il est prévu sur la face externe de ces viroles un deuxième revêtement métallique formé d'élé- ments tubulaires 123, 124, 128 et d'une plaque perforée 125, situé à faible distance des surfaces qu'il protège et avec lesquelles il forme un mince intervalle à l'intérieur duquel on peut faire circuler un fluide réfrigérant tel qu'un gaz amené, par exemple, par une condui- te 42. Les viroles cylindriques 28, 128 sont reliées entre elles à leur partie supérieure de façon adéquate, par exemple par repli de l'une sur l'autre et soudure. Les viroles 23 et 123, et respectivement 24 et 124, sont soudées chacune à un même corps tubulaire embouti 221, respec- tivement 222, qui sert d'élément de support pour des composants du réacteur qui sont montés à travers les ouvertures 21 et 22. La face supérieure de la dalle en béton armé est munie d'une cavité centrale 43 destinée à recueillir le sodium liquide qui aurait pu s'échapper à l'état liquide ou gazeux à travers les passages de la dalle. Des conduites d'évacuation 44 sont également prévues à travers la dalle. Pour compléter la protection biologique au-dessus de la dalle du réacteur, on peut prévoir, en plus des revêtements de calorifugeage 45, une épaisse plaque métallique 46. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nom- breuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 8 2554489 REVENDICATIONS 1.- Dalle pour réacteur nucléaire, notamment de type rapide et dans lequel les éléments principaux du réacteur (pompes et échangeurs), et le cas échéant, la cuve ou l'enveloppe du réacteur, sont supportés par une dalle dont la charge est reportée sur une enveloppe ou un anneau de réacteur délimitant, avec un radier, un puits de réacteur, caractéri- sée en ce que la dalle (20) est réalisée en béton armé et est encastrée à l'extrémité supérieure de l'anneau du réacteur (30). 2.- Dalle pour réacteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa face inférieure est revêtue d'une tôle de confinement (25) qui se prolonge par des viroles (23 et 24) à l'intérieur des ouvertures (21 - et 22) prévues dans l'épaisseur de la dalle (20). 3.- Dalle pour réacteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte une double structure dont l'une (20) réalise la fonction de support structurel sous la forme d'une semelle en béton armé, tandis que l'autre réalise la fonction d'étanchéité sous la forme d'une tôle de confinement (23, 24, 25, 27, 28). 4.- Dalle pour réacteur selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce qu'à proximité de son encastrement avec l'anneau du réacteur (30), sa face inférieure comporte un évidement annulaire (26) revêtu d'une tôle métallique (28, 29 et 31), le fond de l'évidement (26) étant traversé par une virole de support (34) qui à sa partie inférieure est soudée en bout au bord supérieur de la cuve (10) du réacteur et est reliée à sa partie supérieure à une couronne d'étriers d'ancrage (35) qui sont noyes dans l'épaisseur de la dalle (20) en béton armé. 5.- Dalle pour réacteur selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que les étriers d'ancrage (35', 35", 35"') sont disposés alternativement selon une surface cylindrique, selon une surface conique inclinée vers le centre de la cuve (10) du réacteur, et enfin selon une surface conique inclinée vers l'extérieur de la cuve (10). 6.- Dalle pour réacteur selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que chacun des groupes (35) comportant trois étriers qui sont orientés différemment, est formé par découpe dans une même bande de tôle (36) de fentes de séparation et est muni à sa partie supérieure d'une tête (41) en forme de marteau ou de T. 7.- Dalle pour réacteur selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que sa face inférieure et les faces internes des passages (21 et 22) qui le traversent sont munies d'une gaine parcourue par un fluide réfrigérant au moyen d'une deuxième enveloppe métalli- que (123, 124, 125, 128) parallèle à la première (23, 24, 25 et 28). 8.- Dalle pour réacteur selon la revendication 7, caractérisée en ce que les couples de viroles (23, 123; 24, 124) enveloppant les ouver- tures (21 et 22) ménagées à travers la dalle sont reliés chacun à un corps en forme de flasque (221, 222) supportant des composants du réacteur qui traversent la dalle (20). 9.- Dalle pour réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est munie, au-dessus de son épaisseur en béton armé, d'un revêtement de calorifugeage (45) ayant une fonction de protection contre un feu de sodium (effets thermiques et physico-chimiques) pour la partie restante de la dalle en béton armé.