火电厂主厂房混凝土结构温变响应研究

谢信江, 常显勇, 漆 桧, 刘 翔, 杜 乔

(四川电力设计咨询有限责任公司， 四川成都 610041)

·工程结构·

火电厂主厂房混凝土结构温变响应研究

谢信江, 常显勇, 漆 桧, 刘 翔, 杜 乔

(四川电力设计咨询有限责任公司， 四川成都 610041)

建筑结构在温度效应方面的计算由于还未有统一的规定，加上现有的综合温差法和均匀温差法得到的数值不符合工程实际情况。针对上述问题，文章以某火电厂主厂房为例在分析其混凝土结构温变响应的基础上提出针对性的控制温度以及收缩效应的措施，为大中型火电厂主厂房混凝土结构布置提供了有效建议和良好参考。

火电厂; 主厂房； 混凝土; 结构； 温变响应

极端气候的反复出现，温度作用对建筑结构的影响越来越受到人们的重视。这是因为混凝土结构在自然环境中受到气温的影响会产生较大的温度变形。当温度变形受到约束，其结构构件就会产生温度应力。但现有的综合温差法和均匀温差法得到的数值不符合工程实际情况。目前，一般的大型火电厂主厂房都是采用现浇钢筋框架结构，在实际的设计过程中并未对温度效应进行过系统的计算。另外也是由于受到工艺限制，目前的温度应力问题已经成为了钢筋混凝土结构主厂房的主要问题。分析与研究温度效应对混凝土结构的影响对实际建设有着重要意义。

1 火电厂主厂房混凝土结构温变响应分析

(1)由于大型火电厂的梁柱截面尺寸较大，其温度收缩作用产生的温度效应一般都大于普通建筑物。在对主厂房进行结构分析的过程中，以某一大型火电厂主厂房作为研究对象，建立有限元模型，对主厂房结构进行分析。

该大型火电厂主厂房混凝土结构采用的是双框架三列式常规布置方案。上部结构使用现浇钢筋混凝土框架结构，厂房楼面梁采用钢梁-现浇钢筋混凝土板组合梁结构，汽机房使用实腹钢梁，平台使用的是混凝土框架，次梁为钢梁。上铺压型钢板底模使用现浇钢筋混凝土板。主厂房的主要设计参数信息见表1。

表1 某火电厂主厂房主要设计参数

(2)建立空间计算模型。在遵循模型简化原则的基础上进行有限元模拟单元的选取以及参数的设置。在单元选取中，框架单元的节点自由度包括3个平动自由度和3个转动自由度。在平面和三维的建模过程中，梁柱使用框架单元。之后进行模型的计算温差确定。针对季节温差的确定，结合相关设计规范[1]和资料[2]其数值取Ty=±27℃。收缩当量温差的确定为-21℃，综合温差的取值为48℃，计算温差为10℃。

(3)进行有限元计算。考虑到大型火电厂是一个复杂的空间结构，因此采用平面与空间对比分析的方式，分析其温度效应。通过系列计算其平面模型，可以得知在温度作用下，梁柱的内力主要体现在底部，越往上迅速递减。出现这个结果的原因在于底部的梁柱比上部受到的基础约束力更大，而随着约束力作用的减小，梁柱的温度内力也在减小。从结构布置的角度分析，其产生的温度内力呈现出完全对称的特点，因此可以得到结构的布置决定了温度的内力分布。另外，当梁柱截面不断增加的过程中，其结构产生的温度内力也随之增加[3]。

从空间模型的计算发现，结构在整体均匀的温度收缩作用下，在横向框架结构中同样会发生温度变形的影响，加上楼板的约束作用使得框架结构在温度收缩作用下的内力分布发生变化。从中分析可以发现，空间计算各列纵向的轴力和弯矩图改变了以往的分布方式，不再是对称分布，温度效应按照空间刚度的规律在发生相应的变化。以中部梁最大轴力区域分布，不再是整体对称。

将平面模型与空间模型的结果对比，发现结构刚度的分布受到空间梁单元和板单元的影响后，导致结构传力路径发生变化。空间计算结果随着结构空间刚度变化而变化，不再是对称分布。与平面模型比较，梁轴力根据楼盖刚度的变化而发生较大变化。通过一系列的比较发生，对温度作用进行平面分析与空间分析其得到的结果是存在差异的，其中空间结构作用能够更好的反应出结构实际作用。

(4)分析不同长度的结构的温度效应。一般情况下，在温度收缩作用下，当结构构件能够自由膨胀或者收缩，则不会产生内力。当结构越长，其温度效应就越大。温度应力的大小直接取决于框架柱抗侧移刚度的大小。通过分析70 m以及110 m空间模型变形以及内力分布，发现结构产生的内力与施加的温度作用的大小成正比关系，当计算温差数值越大时，其结构产生的内力也就越大。当结构长度的增加，其内力的增幅也变大。

2 有效控制温度以及收缩效应的措施

2.1 适当减小混凝土的收缩量

减小混凝土的收缩量，主要从以下几个方面进行：(1)应该尽量选择中、低强度等级的混凝土，从而削减其水化热与收缩；(2)应该选择弹性模量较大的粗骨料；(3)选择合适的水泥品种，如采用补偿收缩混凝土。主要是从降低混凝土收缩量的角度考虑选择普通硅酸盐水泥或者粉煤灰水泥；(4)工艺方面，应该适当减少水泥用量，增加粗骨料的用量以及降低水灰比，或合理使用外加剂[4]。(5)从施工的角度，应该选择二次投料的预拌水泥砂浆法。在混凝土拌合的过程中可以随时冷却降低其浇筑温度。施工过程中需要对混凝土进行充分的振捣，有效提高其密实性，减少其孔隙率。

2.2 减小温度效应的具体措施

应根据火电厂主厂房的特点，将原本的框架底层纵向梁变成钢梁。钢梁与框架使用铰接的方式，并在每一列纵向框架的底层设置两道柱间支撑。在底层纵向框架梁上适当柱间设置滑动区段，该区段内的楼面钢梁可以采用滑动支座与框架梁柱连接[3]。同时，应该尽可能的减小在正常的工况情况下出现的梁受拉的轴力值。利用结构空间作用，可以在不增大梁截面尺寸的基础上适当增加水平构件的刚度。可在结构超长方向适当加大布置纵向通长钢筋以抵抗拉压温度应力。充分利用钢材和混凝土材料线膨胀系数的不同，同时避免结构断面的突变，适当加强楼板的配筋，做好厂房的外墙保温和屋面保温措施。加强养护工作也是有效减少温度效应的措施。使用水平淋水管或者自动喷水管对长梁、长墙等构件进行养护。在完成了混凝土的浇筑工作之后，使用铺湿麻袋、淋水等措施进行潮湿养护，其养护时间应该超过30 d。或者是在结构表面喷刷养护剂，防止其水分的蒸发。

通过设置伸缩缝将整个结构划分为几个单独的个体，每一个个体能够实现独立变形，从而降低了结构的约束程度，有效减轻甚至避免开裂。另外还可以设置后浇带或膨胀加强带。后浇带能够释放早期的混凝土收缩应力，减少了以收缩为主的变形。

3 结束语

本文以某大型火电厂主厂房混凝土结构的温变响应为研究，结合实际情况进行了有限元分析，得出温度效应对主厂房混凝土结构的影响，并从设计、养护、施工等多个方面提出了能够减小温度响应的措施，旨在为实际的工程建设提供切实可行的理论参考。但是由于大型火电厂主厂房的构件内部存在温度梯度，得到的有限元模拟情况与实际情况会存在一定偏差，因此在这个方面还需要更加深入的研究。

[1] GB 50906-2013 机械工业厂房结构设计规范[S].

[2] 代慧娟,白国良,朱佳宁,等.火电厂主厂房混凝土结构温变效应研究[J].工业建筑,2013,17(1):32-37.

[3] 高飒，陈其春，鄢明章. 1000MW机组火电主厂房框架结构温度应力计算与分析——浙江国华宁海电厂二期工程主厂房结构设计[J].武汉大学学报：工学版,2007,10(40):166-169.

[4] 李琪,方伟定，王学民,等.主厂房温度作用分析研究[J].武汉大学学报：工学版,2010,8(43):13-17.

2015-11-18

谢信江(1984～)，男，硕士，工程师，从事电力土建结构设计工作。

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