[發(fā)明專利]混凝土壩體的溫度場預測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010068960.7
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111274729B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設計）人: 解凌飛;蔡德所;楊麗;唐浩
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G01K11/324;G06F119/08
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍

1.一種混凝土壩體的溫度場預測方法，其特征在于：包含以下步驟：

S100.在混凝土壩體澆筑過程中，向混凝土壩體中埋設多個溫度場傳感器；

S200.自澆筑時間起，在設定的采集時間段內(nèi)，依時間順序依次采集每個溫度場傳感器的溫度實測值；然后繪制每個溫度場傳感器所在位置的實測溫度場測量曲線；

S300.將所述每個溫度場傳感器所在位置的實測溫度場測量曲線按位置順序組合，得到壩體初始溫度場測量曲線；

S400.通過混凝土壩體熱學參數(shù)集合計算得到壩體溫度場擬真曲線；所述混凝土壩體熱學參數(shù)集合為人工預設值；

S500.對所述壩體溫度場測量曲線進行反演分析，修正初始混凝土壩體熱學參數(shù)集合；

S600.根據(jù)修正后的修正混凝土壩體熱學參數(shù)集合再次計算每個溫度場傳感器所在位置自澆筑時間起，在設定的預測時間段內(nèi)的測點溫度場擬真曲線；

S700.將所述每個溫度場傳感器所在位置的測點溫度場擬真曲線按溫度場傳感器所在位置的順序組合，得到混凝土壩體的壩體溫度場擬真曲線；

在S100中所述在混凝土壩體澆筑過程中，向混凝土壩體中埋設多個溫度場傳感器時，采用分層埋設法；同層溫度場傳感器的高層坐標相同；同層溫度場傳感器均勻布置，相鄰兩個溫度場傳感器之間的距離在5m到7m之間；相鄰層溫度場傳感器的高層坐標值的差為6m；溫度場傳感器距離所述混凝土壩體的任一表面不少于3m；

S200中的所述設定的采集時間段不少于720小時；

S400中的所述混凝土壩體熱學參數(shù)集合包含導溫系數(shù)、表面放熱系數(shù)、絕熱溫升和水化熱上升速率；

所述壩體溫度場擬真曲線按以下公式計算：

其中，T為溫度場傳感器溫度場擬真曲線；x為溫度場傳感器所在位置的三維坐標中在平面上的橫坐標；y為溫度場傳感器所在位置的三維坐標中在平面上的縱坐標；z為溫度場傳感器所在位置的三維坐標中的高程坐標；t為時間，t＝0時為澆筑時間；θ為絕熱溫升；α為導溫系數(shù)，按下式計算：

其中，λ為導熱系數(shù)；c為比熱；ρ為密度；所述預測時間段包含采集時間段；所述測點溫度場擬真曲線包含測點初始溫度場擬真曲線；所述測點初始溫度場擬真曲線由所述壩體初始溫度場擬真曲線按每個測點的三維坐標分解得到；

所述水化熱上升速率按下式計算：

θ＝θ₀×(1-exp(-qt))

其中，θ₀為最終絕熱溫升，q為水化熱上升速率；

所述表面放熱系數(shù)按下式計算：

其中，T_a為氣溫；Ω為求解區(qū)域；ΔΩ為求解區(qū)域Ω經(jīng)離散成的單元區(qū)域；N_i為單元形函數(shù)；N_j為單元形函數(shù)；N為單元形函數(shù)插值矩陣；β為混凝土表面放熱系數(shù)；β^*為人工預設的與混凝土表面放熱系數(shù)、比熱、密度有關的常量；e為求解區(qū)域Ω經(jīng)離散成的單元區(qū)域；S為溫度邊界上的積分微元；Δc為離散后的邊界條件區(qū)域；H_ij為單元溫度傳導矩陣；P_ij為形函數(shù)矩陣；Q_i為水化熱產(chǎn)生的熱量矩陣；

S500中對所述壩體初始溫度場測量曲線進行反演分析，得到混凝土壩體熱學參數(shù)集合的過程，采用SQP法，按以下公式計算：

其中，u為混凝土溫度場反演參數(shù)變量，u＝(u₁,u₂,…,u_n)^T為n維實歐氏空間Rⁿ內(nèi)的一點；d＝u^(k+1)-u^(k)；ε為人工預設的迭代結(jié)束閾值；k為迭代次數(shù)，k≥0；f(u)為所述反演分析的準則函數(shù)，根據(jù)如下公式進行計算：

其中，T_ij為壩體初始溫度場擬真曲線；所述壩體初始溫度場擬真曲線包含混凝土壩體熱學參數(shù)集合，并通過有限元仿真計算得到；ζ_ij為壩體初始溫度場測量曲線；i為溫度場傳感器累加數(shù)；m為溫度場傳感器總數(shù)，m≥i≥0；j為時間累加數(shù)；n為設定的采集時間段的時間總數(shù)，n≥j≥0；c_i(u)為等式約束；c_j(u)為不等式約束。