MONITORING OF TENDON FORCES IN SWEDISH CONTAINMENTS

Energiforsk seminar – 15/3

Peter Lundqvist Vattenfall AB / Energiforsk AB

SWEDISH CONTAINMENTS WITH UNBONDED TENDONS Forsmark 1‐3, Boiling water reactors (BWR) Ringhals 2‐4, Pressurized water reactors (PWR)

SWEDISH CONTAINMENTS WITH UNBONDED TENDONS

VSL BBRV

MEASUREMENTS OF TENDON FORCES

Tendon forces are measured at regular intervals, every 5th yearMeasurements by connecting a hydraulic jack to the anchor head

IN‐SERVICE INSPECTIONS ‐ RINGHALS

Inspections according to American guidelines, Regulatory Guide 1.35 4 % of the tendons in each group are tested ( minimum 4) No abnormal degradation only 2 % may be tested (minimum 3) Performed every 5th year Detensioning of tendons Inspection of grease

IN‐SERVICE INSPECTIONS (ISI) ‐ FORSMARK

Modified version of Regulatory Guide: Variation in tendon forces increase with time Tendon forces are normally distributed Number of tested tendons based on statistical evaluation of measured forces

INSTRUMENTATION OF TENDONS

Load cells Strain gauges on strands or on the anchor head

Advantages compared to ISI Original post‐tensioning forces are known Continuous monitoring of prestress losses Degradations or failures of tendons can be detected early

INSTRUMENTATION OF TENDONS – FORSMARK 1

Load cells on horizontal and vertical tendons Monitoring of tendon forces Similar results as the ISIs

0 5 10 15 20 25 30 350.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

Time / Year

Rel

ativ

e te

ndon

forc

e / -

Hydraulic jackLoad cells

0 5 10 15 20 25 30 350.92

0.93

0.94

0.95

0.96

0.97

0.98

0.99

1

Time / Year

Rel

ativ

e te

ndon

forc

e / -

Hydraulic jackLoad cells

INSTRUMENTATION OF TENDONS – FORSMARK 2

Energiforsk project during 2014 During ISI 2014 3 tendons were de‐tensioned and replaced Vertical and horizontal tendons (cylinder wall), horizontal tendon (pool wall) The new tendons were instrumented with load cells and strain gauges

FORSMARK 2

MEASUREMENTS DURING TENSIONING

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100000

500

1000

1500

2000

2500p g pp p g

retake in jack

anchor set losses

compensation

shims

lift‐off

Time / s

Tend

onfo

rce

/ kN

MEASUREMENTS DURING TENSIONING

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 90000

500

1000

1500

2000

2500

Time / s

Tend

on fo

rce

/ kN

Load cellStrain gauge

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100000

500

1000

1500

2000

2500

Time / sTe

ndon

forc

e / k

N

Load cellStrain gauge

ANCHOR SET LOSSES

Tendon Loss / kN Loss / %

Vertical, cylinder wall 165 7.1

Horizontal, cylinder wall 1 396 20.4

Horizontal, cylinder wall 2 396 19.0

Horizontal, pool wall 1 330 13.7

Horizontal, pool wall 2 351 15.3

COMPENSATION FOR ANCHOR SET LOSSES

Tendon Increase / kN Increase / % Effect / kN Effect / %

Vertical, cylinder wall 232 10.8 54 2.5

Horizontal, cylinder wall 1 477 30.5 88 5.7

Horizontal, cylinder wall 2 436 25.8 80 4.7

Horizontal, pool wall 1 429 18.1 67 3.5

Horizontal, pool wall 2 402 19.3 32 1.5

ACCURACY OF HYDRAULIC JACK MEASUREMENTS

Tendon Hydraulic jack / kN Load cell / % Difference / %

Vertical, cylinder wall 2357 2374 ‐0,7

Horizontal, cylinder wall 1 2078 1968 5,6

Horizontal, cylinder wall 2 2086 1991 4,8

Horizontal, pool wall 1 2347 2267 3,5

Horizontal, pool wall 2 2327 2202 5,7

FRICTION LOSSES

0 50 100 150 200 250 300 3500

200

400

600

800

1000

1200

1400

Tend

on fo

rce

activ

e en

d / k

N

Tendon force passive end / kN

Post‐tensioning was initially performed from one end 

FRICTION LOSSES – TENDON FORCE VARIATIONSHorizontal tendon in pool wall

0 5 10 15 20 25 30 35 40750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

Length / m

Tend

on fo

rce

/ kN

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90200

400

600

800

1000

1200

1400

Length / m

Tend

on fo

rce

/ kN

Horizontal tendon in cylinder wall

Tendon k / % μ / ‐

Horizontal, cylinder wall 0.15 0.35

Horizonmtal, pool wall 0.15 0.15

LONG‐TERM MEASUREMENTS

0 50 100 150 200 250 300 350 4001930

1940

1950

1960

1970

Time after tensioning / d

Tend

on fo

rce

/ kN

0 50 100 150 200 250 300 350 40022

24

26

28

30

32

Tem

pera

ture

/ C

Tendon forceTemperature

Load cell Strain gauge

0 50 100 150 200 250 300 350 4001460

1480

1500

1520

1540

1560

1580

Time after tensioning / d

Tend

on fo

rce

/ kN

Horizontal tendon, pool wall

LONG‐TERM MEASUREMENTSHorizontal tendon, cylinder wall

0 50 100 150 200 250 300 350 4002150

2200

2250

2300

2350

Time after tensioning / d

Tend

on fo

rce

/ kN

PRESTRESS LOSSES

Tendon Time / d Prestress loss / kN Prestress loss / % Relaxation (EC2) / %

Vertical, cylinder wall 398 52 2.2 1.4

Horizontal, cylinder wall 1 368 26 1.3 0.6

Horizontal, cylinder wall 2 368 25 1.2 0.6

Horizontal, pool wall 1 357 47 2.1 0.9

Horizontal, pool wall 2 357 24 1.0 1.2

0 5000 10000 150002280

2300

2320

2340

2360

2380

Time after tensioning / d

Tend

on fo

rce

/ kN

Relaxation (EC2)Regression

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