管冷在输电线路大跨越基础中的应用

李振方++李广勇++刘建平

摘 要：通過管冷的设计，合理控制输电线路大跨越基础混凝土内部温度，避免混凝土温度应力过大产生裂缝。通过有限元分析手段，计算管冷设计参数，确定取值范围。分析得出在冷却水管直径为15mm、冷却水温为15℃，冷却水量为1.2m3/h时，输电线路大跨越基础混凝土降温效果较好，并在工程实践中取得了良好效果。

关键词：输电线路；大跨越；管冷；有限元

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0141-01

随着我国电力事业的飞速发展，特高压线路不断增多，特别是特高压输电线路距离长，大跨越铁塔不断涌现。大跨越基础混凝土在硬化过程中，容易因水化热导致混凝土自应力超出容许值，产生裂缝，影响工程质量。目前对于大体积混凝土降低水化热现象主要有以下几种方法：①采用预制混凝土块，该方法会影响构件的整体性；②对骨料进行预冷处理，由于混凝土水化热放热量较大，本方法效果不明显；③使用管冷，在混凝土内预埋水管，通过在水管中通入低温水带走热量，进行冷却。

本文以特高压黄河大跨越塔基础承台为研究对象，通过使用管冷方式，对混凝土的水化热进行分析，并将理论计算结果与实际相比较。

1 工程简介

1.1 工程概况

榆横～潍坊特高压线路工程在滨州市邹平县境内跨越黄河，最大跨越塔基础承台宽18.5米，高2.1米，立柱宽2.5米，高1米，使用C30级混凝土，单承台方量为735m3。根据《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）规定，属于大体积混凝土范畴，易因水化反应引起温度变化，导致产生收缩裂缝，需进行专门的水化热设计。

1.2 管冷设计

本工程混凝土高2.1米，循环降温水管采用单层管布置，埋设于混凝土中部。降温水管使用DN15钢管，间距1500mm。

2 有限元分析

2.1 有限元模型

使用MIDAS FEA进行有限元分析。考虑地基对基础的作用，在进行有限元分析时加入地基模型，浇筑混凝土等级为C30级。此分析模型单元为1264个，节点为1464个。考虑施工时实际温度，并简化分析模型，环境温度及地基温度设置为20℃恒定温度。

2.2 混凝土材料特性

工程所用的混泥土材料特性数据如下：泊松比0.2，热比：0.25kJ/kN*[C]，热传导率2.3kJ/m*hr*[C]，弹性模量3×e7kN/m2，线膨胀系数1×e-51/[C]，容重25kN/m3。

3 无管冷情况下水化热分析

在未进行管冷设计的情况下，170h时温度达到最大值，为65.43℃，温度应力过大，将会对基础造成不可逆损伤。必须使用水管冷却的方法，以达到规定要求。如图1所示。

4 有管冷情况下水化热分析

通过MIDAS FEA有限元软件分析，在冷却水管直径为15mm、冷却水温为15℃，冷却水量为1.2m3/h时，承台混凝土的温度控制较为理想。在110h，承台内部温度最大，为56.77℃。如图2所示。

在工程实践中，使用该管冷设计进行温度控制。实测在120h时，混凝土中心点温度达到最好，为57.80℃，与分析相符，说明本分析方法正确，结论可靠。

5 结语

（1）大体积混凝土中心点温度高，散热困难；边缘散热较快，温度较低。如不采取措施，将导致由于温差过大而产生收缩裂缝。

（2）对于该类大体积混凝土，采用进水温度为15℃，冷却水量为1.2m3/h，可以有效解决水化热引起的温度应力过大问题。

（3）在工程中应选择合适的进水温度和水流量。对于散热设计更复杂的基础，可以适当降低进水温度，并加大水流量，获得更好的温度控制效果。

参考文献

[1]张亮亮，赵亮，袁政强，等.桥墩混凝土水化热温度有限元分析[J].重庆大学学报：自然科学版，2007，30（10）：73-76.（Zhang Liangliang， Zhao Liang， YuanZhengqiang，et al，Temperature field finite elementanalysis of pier concrete[J].Journal of Chongqing University，2007，30（10）：73）.

[2]王甲春，阎培渝，余红发.混凝土结构早龄期开裂的分析与预测[J].沈阳建筑大学学报：自然科学版，2007，27（1）： 85-87.（ Wang Jiachun，Yan Peiyu，Yu Hongfa. Analysis and forecast of concrete structure crackingat early age[J]. Journal of Shenyang Jianzhu University： Nature Science，2007，27（1）：85-87）.

[3]高会晓，宁喜亮，丁一宁.核电站大体积混凝土早龄期裂缝的影响因素[J].建筑技术，2013，4 ： 394 -398.（ Gao Huixiao，Ning Xiliang，Ding Yining. Factors influencing early age cracks on massive concrete of nuclear power station[J].Architecture Technology，2013，44（5）：394-398.）.

[4]朱伯芳.混凝土坝温度控制与防止裂缝的现状与展望[J].水利学报，2006，37（12）：1424-1422.（ Zhu Bofang. Situation and prospect on concretedam temperature control and crack prevention Journal of Hydraulic Engineering，2006，37（12）：1424-1422.）.endprint