电力工程中大体积混凝土基础温度场的研究

电力工程中大体积混凝土基础温度场的研究

洪川海张旭

广州电力设计院有限公司广东广州510610

摘要：研究了电力工程中大型设备基础浇筑时的温度场，通过有限元模拟，建立了大体积混凝土基础的分层浇筑模型，对其进行时程分析后，得出的结果较为准确地预测了大体积混凝土水化热的释放和设备基础的温度变化，与施工现场的实际数据符合的很好，对实际工程有着一定指导意义。

关键词：大体积混凝土；温度场；水化热；有限元分析

起初，大体积混凝土仅仅应用于大型坝体结构中[1-2]。近年来，随着电力工程技术的不断发展，变压器等设备基础的尺寸也在不断的增加，而大体积混凝土基础由于其整体性好，抗弯刚度大，可充分利用地基承载力等优点而得到广泛使用。由于混凝土用量大，控制其因水化热引起的裂缝已成为大体积混凝土基础的重点研究方向。由于混凝土在浇筑时产生大量的水化热，混凝土表面和中心将存在明显的温差，从而产生温度应力[3]，而初期混凝土的强度还没来得及发展，温度应力极易导致混凝土的开裂。

1.电力工程中大的体积混凝土基础

变电站的电力设备荷载较大，因此其混凝土基础采用多为大体积混凝土基础。其内部受力也比较复杂，变电站大体积混凝土容易出现质量上的问题。大体积混凝土以大区段为单位进行施工，由此带来的主要问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，而混凝土导热性能较差，造成较大的内外温差。当温度变形受到约束时，混凝土内部便会产生拉应力，加之混凝土早期的抗拉强度低，弹性模量小，当混凝土承受的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度时，便会产生温度裂缝。

2.工程应用

2.1工程概况

某110kV主变压器基础的尺寸为10.2×4.6m×3.1m，属于典型大体积混凝土结构，宜采用分块分层的浇筑方法，混凝土浇筑时，分段分层依次向前进行浇筑。混凝土浇筑层厚度，一般取0.3~0.5m，从而减缓浇筑速率，充分利用浇筑层面散热。本工程的基础厚度为3.1m，施工时需至少分七层浇筑。

2.2混凝土配合比设计

为确保混凝土的强度，同时控制水泥释放的水化热，施工单位根据材料情况，提前拟定了6种配合比的配合比，按照60天强度评定进行了试配，最终确定并选取最优配合比。各种原材料选用情况如下：

表3混凝土最终配合比（单位：kg/m3）

3.混凝土温度场有限元分析及工程实测

基础计算尺寸取为10.2×4.6m×3.1m。利用ANSYS程序的瞬态热分析模块，根据现场的真实浇筑情况进行混凝土的分层浇筑分析，混凝土基础内部温度场的计算结果与现场实测数据的对比如图1到图2所示。

图1测点1（顶面）温度时程曲线

图2测点2（中心）温度时程曲线

图1至图2为基础顶面和中心两个测点的温度数据。由图2可以看出，T1测位处最高温度计算值为63.4oC，实测得到的最高温度值为63.1oC，约在浇筑后52小时达到最高温度，该测点距离基础顶面1.5m，由图1可以看出，基础顶面测点的温度明显低于其它测点，实测得到的最高温度约为41.9oC。基础底面测点的温度也较低，该测点的实测最高温度为56.1oC，计算最高温度为55.9oC，二者较为接近，但实测温度峰值出现时间早于计算峰值。

4.结论

本文通过大体积混凝土基础的材料试验和基础温度场的有限元分析，得出了以下主要结论。

（1）加入粉煤灰和矿渣等添加剂能较好地降低水泥的水化热，从而控制大体积混凝土基础在浇筑期间的温度，防止温度裂缝的产生。

（2）通过ANSYS有限元软件的热分析模块，可以较为准确地预测大体积混凝土温度基础在浇筑期间的的内部温度场。

参考文献：

[1]MyersTG，FowkesND，BallimY.Modelingthecoolingofconcretebypipewater[J].JournalofEngineeringMechanics，2009，135（12）：1375-1383.

[2]JingXiangyang，LiuXinghong.Real-timetemperaturecontrolforhigharchdambasedondecisionsupportsystem[J].TransactionsofTianjinUniversity，2014，20（2）：118-125.

[2]YanLi，LeiNie，BoWang.Anumericalsimulationofthetemperaturecrackingpropagationprocesswhenpouringmassconcrete[J].AutomationinConstruction，2014，37：203-210.

作者简介：

洪川海，1990年生，硕士研究生，主要从事电力工程结构设计及大体积混凝土基础研究。