混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法技术

本发明专利技术提供了一种混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法。该方法实时监测坝块周围气候条件、坝块表面温度、坝块内部温度，采用直接求解的方法计算坝体内部温度变化参数，结合坝体体型参数和材料热学和力学参数，在有限元计算方法的基础上，采用插值迭代的方法反演分析确定坝块表面放热系数，更好地进行温控防裂，本发明专利技术具有较高的精度和计算效率。

Real-time inversion analysis method for surface heat release coefficient of concrete dam blocks

【技术实现步骤摘要】
混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法
本专利技术涉及一种混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法，属于水利水电工程

技术介绍
温度裂缝是混凝土坝块常见裂缝，常见的温控防裂措施有：降低浇筑温度、通水冷却和表面保温，其中表面保温措施是防止施工期坝块表面出现裂缝的最有效措施。为更好地对混凝土坝块采取温控防裂，需要知道坝块表面放热系数，实时掌控坝块表面温度变化的趋势。混凝土坝块表面放热系数可以通过试验的方法获取，也可以通过现场反演分析的方式获取。常规的现场反演分析方法，需要根据混凝土坝块表面温度数据同时反演其绝热温升、通水冷却相关的参数、等效放热系数等多个参数，才能得到正确的表面放热系数，多个参数的反演往往收敛于局部最优解而非全局最优解；且反演过程较为复杂，往往需要专业背景较强的人员才可较好的进行。室内模拟混凝土坝块测量混凝土坝块表面放热系数虽然具备较高的精度，但需要专门的仪器设备才可进行，且不能实时跟踪坝块多变的环境对坝块表面温度的影响。在现场施工中，由于不同工程的施工环境、温控防裂措施不同，混凝土临时面(即混凝土坝块表面)保温材料的湿度、材料和厚度不同，所面临的气候条件(如风速等)不同，因此混凝土坝块表面放热系数也差异较大，需要实时的反演分析，以便更好地对坝块表面进行温控防裂。如何实时、快速的反演混凝土坝块表面放热系数十分关键。
技术实现思路
鉴于上述原因，本专利技术提供了一种混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法。该方法实时监测坝块周围气候条件、坝块表面温度、坝块内部温度，采用直接求解的方法计算坝体内部温度变化参数，结合坝体体型参数和材料热学和力学参数，在有限元计算方法的基础上，采用插值迭代的方法反演分析确定坝块表面放热系数，更好地进行温控防裂，本专利技术具有较高的精度和计算效率。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法，它包括如下步骤：S1：在混凝土坝块内及四周预设有若干个传感器，现场自动采集坝块内部和表面温度数据、周围环境温度数据、太阳辐射数据，通过GPRS传输至服务器；S2：根据坝块信息，将坝块剖分成网格；S3：计算混凝土坝块内部温度变化参数；S4：测量坝块表面温度；取坝块表面放热系数的上限值为1200kJ/(m2.d.℃)，以坝块表面放热系数的上限值为参数通过有限元计算得到坝块表面温度的计算值；对比坝块表面温度的实测值和坝块表面温度的计算值，如果坝块表面温度的实测值和计算值的误差小于0.2℃，则坝块表面放热系数的上限值即为坝块表面放热系数并结束计算，执行步骤S7；S5：如坝块表面温度的实测值和计算值的误差超过0.2℃，则取干燥情况下保温材料的导热系数和保温材料厚度的比值作为坝块表面放热系数的下限值，以坝块表面放热系数的下限值为参数通过有限元计算得到坝块表面温度的计算值；对比坝块表面温度的实测值和计算值，如果坝块表面温度的实测值和计算值的误差小于0.2℃，则坝块表面放热系数的下限值即为坝块表面放热系数并结束计算，执行步骤S7；S6：如果坝块表面温度的实测值和计算值的误差超过0.2℃，则以坝块表面放热系数的上限值和下限值为区间，采用插值迭代的方法反复计算至坝块表面温度的实测值和计算值的误差小于0.2℃为止，得到坝块表面放热系数；S7：跳转步骤S1，执行下一个时间点的坝块表面放热系数反演分析。其中，所述步骤S3坝块内部温度变化参数的计算方法如下：坝块施工期和运行期间，在坝块内部埋置一系列测点，监测坝块内部的温度情况；坝块温度场有限元计算通常分时间域分步计算，当计算到第n步时，有：如果节点在测点上，那么该节点的测量温度即为测点的温度；如果节点不在测点上，节点b所在的浇筑层如果有m个监测点，监测点的温度为Tcn1、Tcn2……Tcnm，监测点与节点的距离为d1、d2、d3……dm，节点b的测量温度Tbcn用下式拟合：其中：i表示监测点的编号；m为监测点个数；Tcni表示第n步计算第i个监测点对应的温度；di表示监测点到节点的距离；Tbcn为第n步计算节点b的测量温度。用有限元计算坝块温度时，内部温度变化参数由表示，计算时对离散化，则有：其中Tbcn为第n步计算节点b的测量温度，Tbn-1为第n-1步节点b的计算温度。所述内部监测点距离坝块表面应在0.5m以上。其中，所述步骤S6插值迭代方法反演坝块表面放热系数的方法如下：在混凝土坝块表面布置若干测点，坝块表面测点表面温度有限元计算值为Kbij，坝块表面测点表面温度实测值为Kcij，两者的差值为Terr，其中：I表示测点总个数，当进行第n步计算时：其中：Kcij表示测点编号i号节点j时段时的实测温度，Kbij表示测点编号i号节点j时段时的计算温度，Terr表示计算的误差；1)取表面放热系数最大值βu1计算坝块表面测点表面温度有限元计算值与实测值的误差值Terr，如果误差值Terr小于允许误差(本专利技术具体实施例中为0.2℃)，则计算结束，βu1即为所需要反演的表面放热系数；如果误差值Terr超过允许误差，则：2)取表面放热系数最小值βb1计算坝块表面测点表面温度有限元计算值与实测值的误差值Terr，如果误差值Terr小于允许误差，则计算结束，βb1即为所需要反演的表面放热系数；如果误差值Terr超过允许误差，则：第一次迭代计算，k＝1时：3)取表面放热系数进行计算，如果误差值Terr小于允许误差，则计算结束，β1即为所需要反演的表面放热系数；如果误差值Terr超过允许误差，需要采用迭代的计算方法，即要推导从第k步推导到k+1步的计算方法：4)第k次迭代计算到第k+1次迭代计算表面放热系数取值关系如下：进行第k次迭代计算时：其中：βuk为第k次迭代计算表面放热系数的上限，βbk为第k次计算表面放热系数的下限，为βk第k次计算时候的表面放热系数；对于k+1次迭代计算时：如计算温度小于测点温度，则减小表面保温系数，即；其中，∑△Tc,b，对于所有满足温度高于气温且低于坝块内部温度的测点，所有时刻实测值和计算值的差值；βuk+1为第k+1次计算表面放热系数的上限，βbk+1为第k+1次计算表面放热系数的下限，为βk第k次计算时候的表面放热系数；如计算温度大于测点温度，应增加表面放热系数，即：进行迭代计算时，第k+1次计算取表面放热系数进行计算，如果对应的误差值Terr小于允许误差，则计算结束，βk+1即为所需要反演的表面放热系数；如果误差值Terr超过允许误差，则重复步骤4)和步骤5)过程进行反复迭代计算，直至误差值Terr小于允许误差止。所述允许误差为0.2℃。附图说明图1-图3是混凝土坝块网格立体图、网格俯视图、网格主视图；图4是混凝土坝块监测点和节点关系图；图5是混凝土坝块监测温度和计算温度关系图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本专利技术的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本专利技术的特征显而易见。本专利技术公开的混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法如下：S1：在混凝土坝块内及四周预设有若干个传感器，现场自动采集坝块内部和表面温度数据、周围环境温度数据、太阳辐射数据、通过GPRS传输至服务器；S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法，其特征在于：它包括如下步骤：S1：在混凝土坝块内及四周预设有若干个传感器，现场自动采集坝块内部和表面温度数据、周围环境温度数据、太阳辐射数据，通过GPRS传输至服务器；S2：根据坝块信息，将坝块剖分成网格；S3：计算混凝土坝块内部温度变化参数；S4：测量坝块表面温度；取坝块表面放热系数的上限值为1200kJ/(m

【技术特征摘要】
1.一种混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法，其特征在于：它包括如下步骤：S1：在混凝土坝块内及四周预设有若干个传感器，现场自动采集坝块内部和表面温度数据、周围环境温度数据、太阳辐射数据，通过GPRS传输至服务器；S2：根据坝块信息，将坝块剖分成网格；S3：计算混凝土坝块内部温度变化参数；S4：测量坝块表面温度；取坝块表面放热系数的上限值为1200kJ/(m2.d.℃)，以坝块表面放热系数的上限值为参数通过有限元计算得到坝块表面温度的计算值；对比坝块表面温度的实测值和坝块表面温度的计算值，如果坝块表面温度的实测值和计算值的误差小于0.2℃，则坝块表面放热系数的上限值即为坝块表面放热系数并结束计算，执行步骤S7；S5：如坝块表面温度的实测值和计算值的误差超过0.2℃，则取干燥情况下保温材料的导热系数和保温材料厚度的比值作为坝块表面放热系数的下限值，以坝块表面放热系数的下限值为参数通过有限元计算得到坝块表面温度的计算值；对比坝块表面温度的实测值和计算值，如果坝块表面温度的实测值和计算值的误差小于0.2℃，则坝块表面放热系数的下限值即为坝块表面放热系数并结束计算，执行步骤S7；S6：如果坝块表面温度的实测值和计算值的误差超过0.2℃，则以坝块表面放热系数的上限值和下限值为区间，采用插值迭代的方法反复计算至坝块表面温度的实测值和计算值的误差小于0.2℃为止，得到坝块表面放热系数；S7：跳转步骤S1，执行下一个时间点的坝块表面放热系数反演分析。2.根据权利要求1所述的混凝土坝块表面放热系数实时反演分析方法，其特征在于：所述步骤S3坝块内部温度变化参数的计算方法如下：坝块施工期和运行期间，在坝块内部埋置一系列测点，监测坝块内部的温度情况；坝块温度场有限元计算通常分时间域分步计算，当计算到第n步时，有：如果节点在测点上，那么该节点的测量温度即为测点的温度；如果节点不在测点上，节点b所在的浇筑层如果有m个监测点，监测点的温度为Tcn1、Tcn2……Tcnm，监测点与节点的距离为d1、d2、d3……dm，节点b的测量温度Tbcn用下式拟合：其中：i表示监测点的编号；m为监测点个数；Tcni表示第n步计算第i个监测点对应的温度；di表示监测点到节点的距离；Tbcn为第n步计算节点b的测量温度。用有限元计算坝块温度时，内部温度变化参数由表示，计算时对离散化，则有：其中Tbcn为第n步计算节点b的测量温度，Tbn-1为第n-1步节点b的计算温度。3.根据权利要求2所述的混凝土坝块表面放热系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，朱振泱，张国新，杨宁，武聪聪，方志成，刘有志，王振红，张磊，杨萍，李海枫，杨宗立，牟荣峰，陈文夫，谭尧升，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，中国三峡建设管理有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11