1.本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置。
背景技术：
2.近年来，随着我国核电建设进入高速发展时期，核电厂逐渐从沿海向内陆发展，核电厂的安全性必须引起高度重视。作为与核安全相关措施的最后一道屏障，安全壳能否充分应对严重事故条件下的高能荷载(高温、高压和高湿)，保证在高能荷载下不发生放射性物质泄漏或可将泄漏控制到对环境影响很小的程度，成为人们最为关心的性能。
3.安全壳钢衬里一般通过栓钉和角钢锚固在混凝土墙体中，在安全壳的标准段、设备和人员闸门处，以及贯穿件处，钢衬里锚固于安全壳墙体的方式各不相同。在超设计基准的严重事故荷载作用下，钢衬里与混凝土相互作用，再加上锚固系统对钢衬里的影响，导致钢衬里受力状态非常复杂，可能由于应力集中的影响使得钢衬里在较低的应力水平下发生撕裂破坏。如果安全壳结构无法承受超设计基准事故下的高能荷载而造成钢衬里撕裂，将会导致安全壳的密封性失效，势必会发生放射性物质的泄漏。钢衬里密封性能的好坏，直接决定了核电机组安全屏障是否完整，钢衬里的撕裂特性又与密封性能有直接关系，因此研究钢衬里在严重事故荷载下的撕裂机理显得尤其重要。
4.安全壳钢衬里与混凝土在荷载作用下由于变形的不一致而产生的变形差会使得混凝土通过栓钉给钢衬里传递一部分剪力，这部分剪力会引起栓钉与钢衬里连接部位产生附加应变。目前，核电厂安全壳对于栓钉和钢衬里的设计，主要根据工程经验和相应的计算理论，以材料截面尺寸和材料性能的差异确保栓钉先于钢衬里发生破坏。但是，这种设计方法仅考虑钢衬里本身没有预加荷载的情况。在严重事故荷载下，钢衬里本身会承受很大的荷载，当钢衬里所受应力达到其屈服强度时，栓钉所带来的附加剪力会引起钢衬里局部产生很大的塑性变形，可能会引起钢衬里局部率先发生撕裂，导致其密封性失效。
5.目前，尚缺乏相关的研究，钢衬里在预加荷载作用下栓钉所附加的剪力对钢衬里撕裂机制的影响尚不明确。因此需要进行系统的试验和理论研究，为安全壳钢衬里的设计提供参考。鉴于核电厂安全壳结构的特殊性，亟需设计一种安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置对上述问题进行研究，以得到可靠的试验数据，为核电厂安全壳钢衬里与栓钉的设计提供参考。
技术实现要素：
6.本发明的发明目的在于：克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置。
7.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置，其包括：
8.钢衬里试件，所述钢衬里试件包括钢衬里板、按核电厂安全壳焊接要求焊接于所
述钢衬里板上的栓钉，以及浇筑于所述钢衬里板之间的混凝土；
9.预加载装置，作用于所述钢衬里试件的两端，用于对所述钢衬里试件施加预加拉伸载荷；以及
10.加载装置，用于在对所述钢衬里试件施加预加拉伸载荷后对所述钢衬里试件施加载荷。
11.根据本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的一个实施方式，所述钢衬里板布置在所述混凝土两侧，所述栓钉焊接在所述钢衬里板的中部。
12.根据本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的一个实施方式，所述钢衬里试件的两端加厚并分别固定连接有一对夹具，所述钢衬里试件加厚的两端分别设有通孔，所述夹具设有螺纹孔，穿过所述通孔和螺纹孔分别对应安装有螺纹钢筋。
13.根据本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的一个实施方式，所述夹具上分别固定连接有拉杆，所述拉杆通过螺纹连接分别连接有荷载传感器，所述荷载传感器分别固定连接有第一千斤顶，所述一对所述第一千斤顶对所述钢衬里试件施加预加拉伸载荷。
14.根据本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的一个实施方式，所述夹具设有半球形安装孔，所述拉杆底端设置成与所述半球形安装孔适配的半球形，所述拉杆的半球形底端可在所述半球形安装孔中自由转动。
15.根据本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的一个实施方式，所述夹具两侧对称设有位移传感器。
16.根据本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的一个实施方式，测试装置进一步包括用于支撑所述钢衬里试件和夹具的支座。
17.根据本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的一个实施方式，所述钢衬里试件的中部设有传荷钢板，所述传荷钢板的两端分别通过载荷触感器连接第二千斤顶，所述一对第二千斤顶通过所述传荷钢板对所述钢衬里试件施加载荷。
18.根据本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的一个实施方式，所述传荷钢板的两侧对称设有位移传感器。
19.根据本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的一个实施方式，测试装置进一步包括反力钢框架，所述预加载装置通过反力钢座固定安装于所述反力钢框架的两相对侧，所述加载装置固定安装于所述反力钢框架一侧。
20.此外，本发明还提供了一种用于安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响测试的钢衬里试件的制备方法，其包括以下步骤：
21.s1：提供一对钢衬里板，按照核电厂安全壳钢衬里板与栓钉的焊接工艺要求，将栓钉分别焊接在所述一对钢衬里板的中部，获得焊接件；
22.s2：在步骤s1获得的所述焊接件的中部固定模具，浇筑混凝土并用振动棒充分振捣，使钢衬里板和栓钉浇筑在一起，获得浇筑件；以及
23.s3：将步骤s2获得的所述浇筑件湿水养护后，获得用于安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响测试的钢衬里试件。
24.根据本发明用于安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响测试的钢衬里试件的制备方法的一个实施方式，完成步骤s1焊接后，对所述钢衬里板与栓钉的焊缝进行无损检测。
25.根据本发明用于安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响测试的钢衬里试件的制备方法的一个实施方式，步骤s1中，所述钢衬里板的两端加厚并分别固定连接有一对夹具，加厚的两端分别设有通孔，所述夹具设有螺纹孔，穿过所述通孔和螺纹孔分别对应安装有螺纹钢筋。
26.此外，本发明还公开了一种用于安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响测试的钢衬里试件，其根据本发明用于安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响测试的钢衬里试件的制备方法制得。
27.相对于现有技术，本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置通过预加载装置可以在钢衬里板两端进行张拉使其达到不同的预加荷载，在混凝土保持钢衬里受力不变的情况下，加载装置通过混凝土向栓钉提供载荷，使得栓钉对钢衬里产生剪力，因此可得到钢衬里在不同的预加荷载情况下栓钉对其撕裂机制的影响，为核电厂安全壳钢衬里的设计和密封性评估提供可靠的试验依据。
附图说明
28.下面结合附图和具体实施方式，对本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置及其技术效果进行详细说明，其中：
29.图1是本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的结构示意图。
30.图2是沿着图1中a-a线的剖视示意图。
31.图3是本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置中，钢衬里试件的主视图。
32.图4是本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置中，钢衬里试件的剖视示意图。
33.图5和图6是本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置中，夹具的主视图和侧视图。
34.图7是本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置中，拉杆的结构示意图。
35.图中：
[0036]1‑‑
钢衬里板；2
‑‑
栓钉；3
‑‑
混凝土；4
‑‑
夹具；5
‑‑
拉杆；6
‑‑
螺纹钢筋；7
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荷载传感器；8
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第一千斤顶；9
‑‑
位移传感器；10
‑‑
第二千斤顶；11
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反力钢座；12
‑‑
传荷钢板；13
‑‑
滚轴支座；14
‑‑
反力钢框架；15
‑‑
螺母和垫片。
具体实施方式
[0037]
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
[0038]
请参照图1和图2所示，本发明提供了一种安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置，其包括：
[0039]
钢衬里试件，钢衬里试件包括钢衬里板1、按核电厂安全壳焊接要求焊接于钢衬里板1上的栓钉2，以及浇筑于钢衬里板1之间的混凝土；
[0040]
预加载装置，作用于钢衬里试件的两端，用于对钢衬里试件施加预加拉伸载荷；以及
[0041]
加载装置，用于在对钢衬里试件施加预加拉伸载荷后对钢衬里试件施加载荷。
[0042]
请参照图3和4所示，钢衬里试件制作方式为：
[0043]
首先，加工制作两块带圆弧的钢衬里板1，钢衬里板1的两端进行加厚，钢衬里板1为bs en 10028-2:2017《欧洲压力容器用钢板标准》所用的p265gh型钢材，厚度为6mm，其端部加厚区20mm；然后，在钢衬里板1加厚端对称设置四个螺纹孔；按照核电厂安全壳钢衬里1与栓钉2的焊接工艺和要求，将栓钉2分别焊接在两块钢衬里板1的中部，每块钢衬里板1上各具有两根栓钉2，栓钉2为ml15al/q235b型栓钉，直径8mm，长度80mm，焊接水平间距150mm，焊接完成后对焊缝进行无损检测；在钢衬里试件的中部固定木模具，浇筑混凝土3，使钢衬里板1和栓钉2浇筑在一起，混凝土强度等级为c50，配合比为水泥：掺合料：中砂：小碎石：大碎石：水：减水剂＝1:0.137:1.37:0.798:1.862:0.319:0.016，其中，水泥为强度等级为52.5的普通硅酸盐水泥，掺合料为s95矿渣粉，小碎石指粒径为5-10mm石子，大碎石指粒径为10-20mm石子，减水剂为pc-j100型聚羟酸高效减水剂；浇筑混凝土3时，用振动棒进行充分振捣，以保证混凝土3密实，试件浇筑完成后，表面覆盖保鲜膜湿水养护28天，最后形成试件。制备好的钢衬里试件中，钢衬里板1布置在混凝土3的两侧，栓钉2焊接在钢衬里板1的中部。
[0044]
请参照图1至图4所示，钢衬里试件的两端加厚，并分别固定连接有一对夹具4，钢衬里试件加厚的两端分别设有通孔，夹具4设有螺纹孔，穿过通孔和螺纹孔分别对应安装有螺纹钢筋6，螺纹钢筋6为psb785型预应力螺纹钢筋，钢筋直径应大于钢衬里板1的加厚区厚度。夹具4两侧对称设有位移传感器9，夹具4上分别固定连接有拉杆5，拉杆5通过螺纹连接分别连接有荷载传感器7，荷载传感器7分别固定连接有第一千斤顶8(200t液压千斤顶)，一对第一千斤顶8对钢衬里试件施加预加拉伸载荷。
[0045]
根据本发明的一个实施方式，夹具4的材料为q235b型钢材，包含拉杆连接板(未标注)和试件连接板(未标注)，拉杆连接板内预留凹形的半球面安装孔，用于连接拉杆5，试件连接板两侧各预留4个螺纹孔洞，用于连接试件；拉杆连接板和试件连接板焊接在一起形成夹具4。
[0046]
请参照图5和6所示，夹具4设有半球形安装孔。请参照图7所示，拉杆5由q235b型钢材制作，拉杆5的底端设置成与半球形安装孔适配的半球形，拉杆5的半球形底端可在半球形安装孔中自由转动，拉杆5的顶端为圆柱状并设有螺纹。
[0047]
请继续参照图1所示，钢衬里试件的中部设有传荷钢板12，传荷钢板12的两端分别通过载荷传感器7连接第二千斤顶10(50t液压千斤顶)，一对第二千斤顶10通过传荷钢板12对钢衬里试件施加载荷，传荷钢板12的两侧对称设有位移传感器9。
[0048]
请继续参照图1所示，本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置还包括反力钢框架14，一对第一千斤顶8通过反力钢座11固定安装于反力钢框架14的两相对侧，第二千斤顶10固定安装于反力钢框架14一侧，第一千斤顶8和第二千斤顶10对钢衬里施加作用力的方向相同。
[0049]
以下结合附图，详细描述本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的安装过程：
[0050]
请参照图1所示，用螺栓和垫片15将四块钢板进行连接，形成反力钢框架14，反力钢座11放置在反力钢框架14一侧；在钢衬里试件两端的钢衬里板1上预留的通孔处各穿插四根螺纹钢筋6，并用螺母和垫片15固定钢衬里板1在螺纹钢筋6上的位置；将拉杆5穿过夹具4上拉杆连接板中预留的孔洞，然后将拉杆连接板与试件连接板焊接形成夹具4；将试件端部的螺纹钢筋6穿插到夹具4上预留的螺纹孔中，然后用螺母和垫片15固定夹具4与试件，固定时严格保证试件上下端的夹具4处于统一水平线上；
[0051]
将荷载传感器7通过拉杆5上的螺纹与荷载传感器7底部预留的螺纹孔进行连接；将荷载传感器7顶部与200t液压千斤顶8的顶部固定，200t液压千斤顶8底部固定在反力钢框架14上；在地面上放置滚轴支座13，用以支撑试件和夹具4(请特别参照图2所示)；在试件中部放置一个传荷钢板12，传荷钢板12两端各连接一个荷载传感器7和一个50t液压千斤顶10，50t液压千斤顶10底部与反力钢座11进行连接；将位移传感器9通过固定支座分别对称安置在夹具4两侧和传荷钢板12两侧。
[0052]
以下结合附图，详细描述本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置的测试过程：
[0053]
安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置完成安装后，便可以进行加载，反力钢框架14平放在地面上，试件上的钢衬里板1通过反力钢框架14两端的200t第一千斤顶8进行双向同步拉伸，施加预加载荷；
[0054]
然后保持荷载不变，对两个50t液压第二千斤顶10同步加压，第二千斤顶10抵靠在传荷钢板12上并带动传荷钢板12发生位移，传荷钢板12位移方向与拉伸方向平行；传荷钢板12与试件上的混凝土3接触后对混凝土3形成推力，推力使得混凝土3带动栓钉2变形，进而使得栓钉2对钢衬里板1施加剪力。此时，夹具4上拉杆连接板与拉杆半球面的接触方式使得二者之间可以灵活转动，并保证拉力始终保持垂直，可有效减小偏心的影响。
[0055]
结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置具有以下优点：
[0056]
首先，通过预加载装置可以在钢衬里板1两端进行张拉使其达到不同的预加荷载，在混凝土3保持钢衬里受力不变的情况下，加载装置通过混凝土3向栓钉2提供载荷，使得栓钉2对钢衬里产生剪力，因此可得到钢衬里在不同的预加荷载情况下栓钉对其撕裂机制的影响，可为核电厂安全壳钢衬里的设计和密封性评估提供可靠的试验依据。
[0057]
其次，本发明安全壳栓钉对钢衬里撕裂性能影响的测试装置中，所设计配套的夹具4加工制作简单、使用灵活方便且加载稳定性较好，通过在夹具4与拉杆接触面设置半球面的接触方式，使得二者之间可以灵活转动，并保证拉力始终保持水平，可有效减小偏心的影响。
[0058]
再次，所设计的加载装置平放于地面，可有效避免试件破坏时混凝土的砸落，保障试验过程中的安全性；由于试验过程需要同时对试件施加平行且反向的拉力和推力，现有的拉伸试验机难以实现，本发明所设计的试验装置可以很好地解决这个问题；所设计的整个加载装置结构紧凑、设计合理、安全可靠，加载装置可以随时拆除和重新安装使用，可有效节省空间并减少资源闲置，适用于大部分实验室条件下进行。
[0059]
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本
发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。