管冷在輸電線路大跨越基礎中的應用

李振方++李廣勇++劉建平

摘 要：通過管冷的設計，合理控制輸電線路大跨越基礎混凝土內部溫度，避免混凝土溫度應力過大產生裂縫。通過有限元分析手段，計算管冷設計參數，確定取值范圍。分析得出在冷卻水管直徑為15mm、冷卻水溫為15℃，冷卻水量為1.2m3/h時，輸電線路大跨越基礎混凝土降溫效果較好，并在工程實踐中取得了良好效果。

關鍵詞：輸電線路；大跨越；管冷；有限元

中圖分類號：TM753 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0141-01

隨著我國電力事業的飛速發展，特高壓線路不斷增多，特別是特高壓輸電線路距離長，大跨越鐵塔不斷涌現。大跨越基礎混凝土在硬化過程中，容易因水化熱導致混凝土自應力超出容許值，產生裂縫，影響工程質量。目前對于大體積混凝土降低水化熱現象主要有以下幾種方法：①采用預制混凝土塊，該方法會影響構件的整體性；②對骨料進行預冷處理，由于混凝土水化熱放熱量較大，本方法效果不明顯；③使用管冷，在混凝土內預埋水管，通過在水管中通入低溫水帶走熱量，進行冷卻。

本文以特高壓黃河大跨越塔基礎承臺為研究對象，通過使用管冷方式，對混凝土的水化熱進行分析，并將理論計算結果與實際相比較。

1 工程簡介

1.1 工程概況

榆橫～濰坊特高壓線路工程在濱州市鄒平縣境內跨越黃河，最大跨越塔基礎承臺寬18.5米，高2.1米，立柱寬2.5米，高1米，使用C30級混凝土，單承臺方量為735m3。根據《大體積混凝土施工規范》（GB50496-2009）規定，屬于大體積混凝土范疇，易因水化反應引起溫度變化，導致產生收縮裂縫，需進行專門的水化熱設計。

1.2 管冷設計

本工程混凝土高2.1米，循環降溫水管采用單層管布置，埋設于混凝土中部。降溫水管使用DN15鋼管，間距1500mm。

2 有限元分析

2.1 有限元模型

使用MIDAS FEA進行有限元分析。考慮地基對基礎的作用，在進行有限元分析時加入地基模型，澆筑混凝土等級為C30級。此分析模型單元為1264個，節點為1464個。考慮施工時實際溫度，并簡化分析模型，環境溫度及地基溫度設置為20℃恒定溫度。

2.2 混凝土材料特性

工程所用的混泥土材料特性數據如下：泊松比0.2，熱比：0.25kJ/kN*[C]，熱傳導率2.3kJ/m*hr*[C]，彈性模量3×e7kN/m2，線膨脹系數1×e-51/[C]，容重25kN/m3。

3 無管冷情況下水化熱分析

在未進行管冷設計的情況下，170h時溫度達到最大值，為65.43℃，溫度應力過大，將會對基礎造成不可逆損傷。必須使用水管冷卻的方法，以達到規定要求。如圖1所示。

4 有管冷情況下水化熱分析

通過MIDAS FEA有限元軟件分析，在冷卻水管直徑為15mm、冷卻水溫為15℃，冷卻水量為1.2m3/h時，承臺混凝土的溫度控制較為理想。在110h，承臺內部溫度最大，為56.77℃。如圖2所示。

在工程實踐中，使用該管冷設計進行溫度控制。實測在120h時，混凝土中心點溫度達到最好，為57.80℃，與分析相符，說明本分析方法正確，結論可靠。

5 結語

（1）大體積混凝土中心點溫度高，散熱困難；邊緣散熱較快，溫度較低。如不采取措施，將導致由于溫差過大而產生收縮裂縫。

（2）對于該類大體積混凝土，采用進水溫度為15℃，冷卻水量為1.2m3/h，可以有效解決水化熱引起的溫度應力過大問題。

（3）在工程中應選擇合適的進水溫度和水流量。對于散熱設計更復雜的基礎，可以適當降低進水溫度，并加大水流量，獲得更好的溫度控制效果。

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