【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及潮汐区混凝土寿命预测的，尤其涉及一种基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法及系统。
技术介绍
1、海工结构的暴露环境按涉水条件由高到低可分为大气区、浪溅区、潮汐区和海底区。许多学者研究表明，干湿循环环境下的浪溅区与潮汐区混凝土中的腐蚀程度比大气区和海底区环境更严重。因此对潮汐区混凝土的使用寿命进预测，并根据预测寿命进行周期性地保养与维护具有极大的经济意义。
2、潮汐区的混凝土所处的环境主要为“干湿循环”环境,参见图1所示，为混凝土在干湿循环环境下产生的“墨水瓶效应”。干湿循环过程中，干燥过程水分蒸发速度明显滞后于湿润过程水分渗入速度，原因是混凝土中孔隙开口的随机性，大小孔隙的串联体系中小孔中的液态水分相对其内部串联的大孔难以蒸发，故大孔中的水分蒸发发生滞后，称为“墨水瓶效应”。因此在干湿时间相差不大的干湿循环环境中，混凝土毛细管内部会因为“墨水瓶效应”从而使得每次渗入的水分>蒸发的水分，即会残留一部分水分在毛细管中来不及蒸发便又进入下一轮浸泡。因此随着时间推移，深处一直来不及蒸发的毛细管中的水分便逐渐稳定了下来，我们将这部分区域叫做：扩散区；而在浅处每次都会发生对流作用从而不停地进行“蒸发——渗入”作用的区域我们叫做：对流区。并把对流区与扩散区的交界处深度称为“△x”。
3、在对流区中，现在主流的观点认为：氯离子运输的主要方式为扩散+对流。扩散指氯离子因为浓度差别从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象，其符合“fick扩散定律”；对流指流体整体运动引起的质量传递，即氯离子随着液
4、在扩散区中，氯离子运输的主要方式为：扩散，其符合“fick扩散定律”。
5、因此氯离子侵蚀主要涉及的运动模型为式(1)所示，且对流区x＝△x处的结果为扩散区的起始边界条件：
6、
7、现有的潮汐区混凝土寿命预测模型，大多是结合实验室数据模拟的潮汐环境和氯离子侵蚀运动模型，但是所谓潮汐环境都是设置一个固定的“干湿比”然后进行迭代计算，而实际上每天的潮汐涨幅规律是有差别的，因此每次干湿循环的“干湿比”不可能是个定值，而是一个随潮汐规律变动的变量，室内试验构建的潮汐模拟环境对于潮汐的模拟过于简单和理想化，没有将真实海洋中潮汐区干湿交替的具体数据实时代入模型求解中去。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术中大多把干湿比理想化的问题，结合潮汐实况数据和氯离子侵蚀运动提出潮汐区寿命预测模型，可以更真实还原潮汐区钢筋混凝土的使用环境和使用寿命。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，包括以下步骤：
3、根据潮汐数据，建立表示潮位高度h与时间t关系的潮位方程；
4、根据氯离子的侵蚀规律，建立表示混凝土中氯离子浓度与时间t关系的氯离子侵蚀方程；
5、基于潮位方程和氯离子侵蚀方程，获得潮汐区混凝土寿命预测模型；
6、确定混凝土寿命预测模型的边界条件；
7、基于边界条件，对潮汐区混凝土寿命预测模型进行求解，预测混凝土寿命。
8、优选的，所述根据潮汐数据，建立表示潮位高度h与时间t关系的潮位方程，具体为：
9、收集潮位数据，分析潮汐变化规律，对潮位数据进行拟合，获得用于表示潮位高度h与时间t的关系的潮位方程f(h,t)。
10、优选的，采用傅里叶变换的三角函数多项式对潮位数据进行拟合，获得潮位方程f(h,t)如下：
11、f(h,t)＝a(t)·f(t)+328.2-h
12、其中，a(t)为振幅，控制大周期的潮水涨落起伏；f(t)为潮位谐波方程，其傅里叶系数为：0.5054与0.2525；a(t)和f(t)表示为：
13、a(t)＝0.852·sin2(0.00875t)+1.025
14、f(t)＝-139.02·cos(0.5054t+14.21)+30.017·sin(0.2525t+9.5)。
15、优选的，所述根据氯离子的侵蚀规律，建立表示混凝土中氯离子浓度的氯离子侵蚀方程，具体为：
16、根据氯离子的侵蚀规律，以混凝土中与海水水平距离δx的位置为界，将氯离子侵蚀方程分为两个模型，对与海水水平距离小于δx的混凝土区域建立对流区模型，对与海水水平距离大于δx的混凝土区域建立扩散区模型。
17、优选的，所述氯离子侵蚀方程c(x,t)表示为：
18、
19、其中，x表示与海水的水平距离，x＜△x表示与海水的水平距离小于δx的混凝土区域，采用对流区模型；x＞△x表示与海水的水平距离大于δx的混凝土区域，采用扩散区模型；t表示混凝土暴露时间，c表示x处的混凝土氯离子浓度；cs，△x表示在△x处的混凝土中氯离子峰值浓度；c0表示混凝土中初始氯离子浓度，该参数与混凝土材料有关；θ为混凝土含水率％，d(θ)为水分在混凝土中的扩散系数，d表示氯离子扩散系数，d(θ)和d均与混凝土饱和度s有关；erf(z)表示误差函数。
20、优选的，确定混凝土寿命预测模型的边界条件中，所述边界条件包括扩散区边界条件、对流区边界条件和腐蚀临界条件；
21、扩散区边界条件为：
22、c(x,0)＝0；c(0,t)＝cs；c(m,t)＝0
23、对流区边界条件分为湿润过程和干燥过程，湿润过程的对流运动边界条件为：
24、θ(x,0)＝θd；θ(0,t)＝1；θ(m,t)＝θd
25、干燥过程的对流运动边界条件为：
26、θ(x,0)＝1；θ(0,t)＝θd；θ(m,t)＝1
27、腐蚀临界条件为氯离子浓度c＝ccr；
28、其中，cs表示混凝土表面氯离子浓度，m表示混凝土最大计算深度；θd表示混凝土自然风干后的含水率；ccr表示认定为混凝土被腐蚀的氯离子临界浓度。
29、优选的，所述基于边界条件，对潮汐区混凝土寿命预测模型进行求解，预测混凝土寿命，具体为：
30、求解潮位方程，获得潮位高度与时间的关系；潮位高度高于待预测位置的高度时认为待预测位置处于湿润阶段，潮位高度低于待预测位置认为待预测位置处于干燥阶段，计算湿润阶段的时间与干燥阶段的时间的比值作为干湿时间比v，根据干湿时间比v模拟待预测位置的干湿循环环境，并设置混凝土饱和度s；
31、计算对流区被腐蚀的时间t1，t1为深度△x的氯离子浓度由0达到cs，△x所花费的时间；
32、计算扩散区被腐蚀到x处的时间t2，t2为以深度x的氯离子浓度由c＝cs，△x达到c＝ccr所花费的时间；
33、根据边界条件，当x＝混凝土保护层厚度且cx＝ccr时，总时间t为预测寿命，t＝t1+t2。
34、本专利技术还提供一种基于潮汐本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，所述根据潮汐数据，建立表示潮位高度h与时间t关系的潮位方程，具体为：
3.根据权利要求2所述的基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，采用傅里叶变换的三角函数多项式对潮位数据进行拟合，获得潮位方程F(h,t)如下：
4.根据权利要求1所述的基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，所述根据氯离子的侵蚀规律，建立表示混凝土中氯离子浓度的氯离子侵蚀方程，具体为：
5.根据权利要求4所述的基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，所述氯离子侵蚀方程C(x,t)表示为：
6.根据权利要求5所述的基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，确定混凝土寿命预测模型的边界条件中，所述边界条件包括扩散区边界条件、对流区边界条件和腐蚀临界条件；
7.根据权利要求6所述的基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，所述基于边界条件，
8.一种基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测系统，用于实现权利要求1至7任一所述的预测方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，所述根据潮汐数据，建立表示潮位高度h与时间t关系的潮位方程，具体为：
3.根据权利要求2所述的基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，采用傅里叶变换的三角函数多项式对潮位数据进行拟合，获得潮位方程f(h,t)如下：
4.根据权利要求1所述的基于潮汐数据的潮汐区混凝土寿命预测方法，其特征在于，所述根据氯离子的侵蚀规律，建立表示混凝土中氯离子浓度的氯离子侵蚀方程，具体为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄斌，龚明子，谷音，邱少秋，饶先鹏，苏艺凡，王涛，陈晨，
申请(专利权)人：中交绿建厦门科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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