Course detail

Static and dynamic assessment, diagnostics, rehabilitation and strengthening of NPP structures

FAST-NLA050Acad. year: 2024/2025

Lectures (Week Content Ensures)
1 Assessment/evaluation of existing structures, philosophy, procedures (13822) BZK
2 Diagnostics of building structures typical for nuclear power plants, incl. cooling towers of the Itterson type and fan towers, including both the requirements of Czech technical standards and ČEZ's internal methodologies for nuclear power plants, especially the current Methodology ČEZ_ME_1173r00z3 "Assessment and assessment of the condition of concrete structures of nuclear power plants". THD
3 Diagnostic methods for testing concrete with an emphasis on the specifics of nuclear power plant structures - reflection hardness testers, ultrasonic method, pulse echo method, methods based on GPR and eddy currents, core drilling, and others. SZK
4 Principles and methods for rehabilitation of building structures typical for nuclear power plants, incl. cooling towers of the Itterson type as well as ventilators, chimneys, etc., follow-up to internal CEZ documents and related standards, especially ČSN EN 1504-2, ČSN EN 1504-3 and ČSN EN 1504-10, etc. THD
5 Witness samples – production of samples, sorting, time schedule, performance of non-destructive and destructive tests, evaluation criteria. SZK
6 Requirements for reinforcement of individual types of load-bearing structures. Possibilities of strengthening/finishing of individual types of concrete and masonry bearing structures BZK
7 Examples of assessment of selected types of structures, calculation methods, results (case studies) BZK
8 Assessment of load-bearing steel structures KDK
9 Reinforcement of load-bearing elements of KDK steel structures
10 Reinforcement of joints and connections of load-bearing elements of KDK steel structures
11 Assessment of NPP for load under extreme climatic conditions and assessment of seismic resistance, categorization of building objects, specifics of ETE and EDU, initial data and documents for assessment of seismic resistance of STM nuclear power plant
12 Modeling of building structures, global and local calculation models, procedure for design and assessment of structures with STM seismic load technologies
13 Methods of seismic calculations of ETE and EDU structures and equipment, combination of responses to seismic excitation with responses to non-seismic loads, design levels for aircraft crash and external pressure wave impact, illustrative examples of implemented solutions. STM 

Language of instruction

Czech

Number of ECTS credits

5

Mode of study

Not applicable.

Guarantor

prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc., dr. h. c.

Department

Institute of Concrete and Masonry Structures (BZK)

Entry knowledge

mathematics, mechanics, physics 

Rules for evaluation and completion of the course

The lecture ends with an exam based on the successful completion of the exercises. Protocols from partial exams and tests will be checked in the laboratory exercises, solved examples in the computational exercises.
list of exercises (Week Ensures)
1 Concrete testing (hardness testers, core holes) and reinforcement localization (GPR radar, eddy currents) SZK - Laboratory exercise
2 Determination of dynamic (ultrasound, resonance) and static modulus of elasticity of concrete (cyclic loading). SZK - Laboratory exercises
3 Diagnostic proposal for various types of structures using the current Methodology of ČEZ a.s. for building objects of nuclear power plants THD – calculation exercise
4 Laboratory testing of substances for the protection and repair of reinforced concrete buildings - management mortars and coatings. THD – laboratory exercise
5 Inspection of the building structure with defects (concrete, masonry), evaluation of the structure, BZK – calculation exercise
6 Classification of the current state of the supporting structure, determination of loads and boundary conditions of BZK – calculation exercise
7 Conceptual design of reinforcement/rehabilitation of a part of the structure or a selected element of the structure, BZK reinforcement scheme - calculation exercise
8 Assessment of load-bearing steel structures for the effects of static and dynamic loading KDK - calculation exercise
9 Verification of load-bearing steel structures – basic concepts, inspections, determination of properties by destructive and non-destructive methods, evaluation. KDK - computational exercise
10 Reinforcement of elements and structural details of load-bearing elements of KDK steel structures - calculation exercise
11 Processing of data on the material properties of steel and concrete. Analysis of input data for selected concrete material models. Plasticity in steel. Bilinear dependencies for calculations. STM – computational exercise
12 Non-linear calculations – application of materially non-linear models of concrete and steel. Simple calculations. STM – computational exercise
13 Stationary heat conduction. Calculations of the temperature field on simple models. Discussion of calculation results. STM – computational exercise 

Aims

To acquaint students with the principles of designing, working and maintaining of nuclear power plant structures. Diagnostics of existing structures. Methods of repair, rehabilitation, strengthening and reconstruction of building structures in nuclear power plant stations. Case studies. 

Study aids

materials for lectures in the form of presentations 

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

České technické normy související s jenotlivými skupinami materiálů, například ČSN EN 206+A2, ČSN EN 1062-1, ČSN EN 998-1 ed. 3, ČSN EN 13499, ČSN EN 13500, ČSN 73 1289, ČSN 73 1350 a další. (CS)
External Events Excluding Earthquakes in the Design of Nuclear Power Plants, SAFETY GUIDE No. NS-G-1.5 (EN)
MEHTA, P. K., MONTEIRO, P. J. M. Concrete: Microstructure, Properties, and Materials. McGraw-Hill Professional, 2013. ISBN: 9780071797870 (EN)
-Požadavky na seizmické výpočty a hodnocení seizmické odolnosti stavebních konstrukcí a technologického zařízení JE Temelín, JE Dukovany a zásady jejich provedení. Zpráva č.: rep088-04.ete, revize květen 2005, STEVENSON AND ASSOCIATES, Kancelář v České republice s.r.o. člen skupiny Paul C. Rizzo Associates, Vejprnická 56, 318 00 Plzeň, 318 06 Plzeň (CS)
-Safety of Nuclear Power Plants: Design, Specific Safety Requirements, SSR-2/1 (REV.1), Vienna 2016 (EN)
Site Evaluation for Nuclear Installations, SAFETY REQUIREMENTS No. NS-R-3, Vienna: International Atomic Energy Agency, 2016 (EN)
Zákon č. 263/2016 Sb., atomový zákon (CS)
-Zatížení stavebních objektů ETE a EDU klimatickými extrémy. Metodika pro hodnocení konstrukcí stavebních objektů JE Dukovany a JE Temelín na zatížení při extrémních klimatických podmínkách. Technická zpráva revize 2, 62 stran, 11/2015, ÚJV Řež, a.s. Energoprojekt Praha (CS)

Recommended reading

Not applicable.

Classification of course in study plans

  • Programme MPC-JAE Master's 2 year of study, winter semester, compulsory

Type of course unit

 

Lecture

24 hod., optionally

Teacher / Lecturer

prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc., dr. h. c.

Syllabus

1. Posuzování/hodnocení existujících konstrukcí, filozofie, postupy.
2. Diagnostika stavebních konstrukcí typických pro JE, vč. chladicích věží typu Itterson i ventilátorových, zahrnující jak požadavky českých technických norem, tak i interních metodik ČEZ pro jaderné elektrárny, zejména aktuální Metodika ČEZ_ME_1173r00z3 „Zjišťování a hodnocení stavu betonových konstrukcí JE“. Diagnostické metody pro zkoušení betonu s důrazem na specifika konstrukcí jaderných elektráren – odrazové tvrdoměry, ultrazvuková metoda, metoda pulzního echa, metody na bázi GPR a vířivých proudů, jádrové vývrty, a další.
3. Zásady a metody pro sanaci stavebních konstrukcí typických pro JE, vč. chladicích věží typu Itterson i ventilátorových, komínů atd., návaznosti na interní dokumenty ČEZ a související normy, zejména ČSN EN 1504-2, ČSN EN 1504-3 a ČSN EN 1504-10 apod.
4. Svědečné vzorky – výroba vzorků, třídění, časový plán, provádění nedestruktivních a destruktivních zkoušek, kritéria hodnocení.
5. Požadavky na zesilování jednotlivých typů nosných konstrukcí. Možnosti zesilování/ zodolňování jednotlivých typů betonových a zděných nosných konstrukcí.
6. Příklady posouzení vybraných typů konstrukcí, metody výpočtu, výsledky (case studies).
7. Posuzování nosných ocelových konstrukcí na účinky statického a dynamického zatížení.
8. Ověřování nosných ocelových konstrukcí – konstrukční detaily.
9. Zesilování prvků a konstrukčních detailů nosných ocelových konstrukcí.
10. Hodnocení JE na zatížení extrémními klimatickými podmínkami a hodnocení seizmické odolnosti, kategorizace stavebních objektů, specifika ETE a EDU, výchozí údaje a podklady pro hodnocení seizmické odolnosti jaderné elektrárny.
11. Modelování stavebních konstrukcí, globální a lokální výpočtové modely, postup při návrhu a posouzení konstrukcí s technologiemi při působení seizmického zatížení.
12. Metody seizmických výpočtů konstrukcí a zařízení ETE a EDU, kombinace odezev na seizmické buzení s odezvami na neseizmická zatížení, návrhové úrovně pro pád letadla a náraz vnější tlakové vlny, ilustrativní příklady realizovaný řešení.

Exercise

18 hod., compulsory

Teacher / Lecturer

prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc., dr. h. c.

Syllabus

1. Návrh diagnostiky pro různé typy konstrukcí s využitím aktuální Metodiky společnosti ČEZ a.s. pro stavební objekty jaderných elektráren.
2. Prohlídka stavební konstrukce s poruchami (betonová, zděná kce), hodnocení konstrukce.
3. Klasifikace aktuálního stavu nosné konstrukce, stanovení zatížení a okrajových podmínek.
4. Koncepční návrh zesílení/sanace části konstrukce či vybraného prvku konstrukce, schéma zesílení.
5. Posuzování nosných ocelových konstrukcí na účinky statického a dynamického zatížení.
6. Ověřování nosných ocelových konstrukcí – konstrukční detaily.
Zpracování údajů o materiálových vlastnostech oceli a betonu. Analýza vstupních údajů pro vybrané materiálové modely betonu. Plasticita u oceli. Bilineární závislosti pro výpočty.
7. Zesilování prvků a konstrukčních detailů nosných prvků ocelových konstrukcí.
8. Nelineární výpočty – aplikace materiálově nelineárních modelů betonu a oceli. Jednoduché výpočty.
9. Stacionární vedení tepla. Výpočty teplotního pole na jednoduchých modelech. Diskuse nad výsledky výpočtů.

Laboratory exercise

6 hod., compulsory

Teacher / Lecturer

prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc., dr. h. c.

Syllabus

1. Zkoušení betonu (tvrdoměry, jádrové vývrty) a lokalizace výztuže (radar GPR, vířivé proudy).
2. Stanovení dynamického (ultrazvuk, rezonance) a statického modulu pružnosti betonu (cyklické zatěžování).
3. Laboratorní zkoušení hmot pro ochranu a opravu železobetonových staveb – správkové malty a nátěry.