Real-Time Temperature Control for High Arch Dam Based on Decision Support System

It is important and difficult to control the temperature of mass concrete structure during high arch dam construction.A new method with decision support system is presented for temperature control and crack prevention.It is a database system with functions of data storage,information inquiry,data analysis,early warning and resource sharing.Monitoring information during construction can be digitized via this system,and the intelligent analysis and dynamic control of concrete temperature can be conducted.This method has been applied in the construction of the Dagangshan Arch Dam in China and has proven to be very convenient.Based on the decision support of this system and the dynamic adjustment of construction measures,the concrete temperature of this project is well-controlled.

钢拱塔斜拉桥的温度耦合效应和索力预测

钢拱塔斜拉桥的受力体系与传统斜拉桥有所不同,为研究环境温度变化对这种异形桥塔斜拉桥主要受力部件的影响,以某钢拱塔斜拉桥为工程背景,首先基于在线监测获取的环境和部件温度数据,分析斜拉索索力、拱塔倾角和主梁应变的温度时变效应;然后以斜拉索为研究对象,通过该桥的有限元模型升降温模拟,分析各部件温差引起的温度耦合效应对拉索索力的影响;最后以环境温度、主梁温度、桥塔温度为输入,索力为输出,利用长短期记忆神经网络对实测索力-温度数据进行映射,实现数据压缩和特征提取,建立温度-索力预测模型,再对网络模型输入新的温度监测数据,以预测索力。研究结果表明:主梁和钢拱塔温度变化具有周期性,且滞后于环境温度;主梁应变与环境温度的变化趋势基本一致但具有一定的滞后性,环境温度变化对拱塔倾角的影响很小且没有周期性规律;索力与环境温度呈线性负相关,且需要考虑斜拉桥各部件的温差所引起的温度耦合效应;长短期记忆神经网络对带有时序特性的数据训练效果好,建立的温度-索力关系模型准确度高,可用于该桥索力的实时预测。

不均匀温度场下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空分析

为了解不均匀温度场作用下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空原因,依托高原山区某跨径430 m的钢管混凝土拱桥,进行强辐射、大温差联合作用下拱肋拱顶节段足尺模型试验,分析模型温度场分布,并对该不均匀温度场作用下管内混凝土脱空机理进行研究。结果表明:钢管混凝土拱桥水化阶段和运营阶段径向温度场可简化为多段式折线变化规律。14:00时刻,水化阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)先减小后升高再减小,在距向阳侧界面D/8~3D/8处(D为钢管内径)存在一个大温差面,运营阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)呈先减小后不变再增加的非对称分布规律,从钢管混凝土界面至距其D/8处温度变化大。混凝土水化阶段和运营阶段管内混凝土脱空机理为:在温度场作用下钢管混凝土界面最大纵向应力差分别高达82.6 MPa和61.95 MPa,最大界面径向拉应力分别为0.8 MPa和2.06 MPa,均超过钢管和混凝土间的粘结强度。

夏季高温下支承层斜裂缝诱发纵连板上拱规律研究

在夏季高温作用下,支承层斜裂贯通缝可能导致结构上拱变形,衍生次生病害。基于内聚力和塑性损伤理论建立CRTSⅡ型板式无砟轨道结构有限元模型并与现场实测结果对比验证模型的有效性,分析夏季高温作用下支承层斜裂缝导致的结构上拱变形、离缝、受力和伤损规律。结果表明,温度荷载作用下,斜裂缝一旦贯通,轨道结构变形急剧增大。随温度升高,支承层相互错动,CA砂浆层与支承层先离缝,随后轨道板与CA砂浆层离缝,轨道结构上拱变形。结构性能随温度演化过程可分为0~20℃的缓慢发展阶段、20~30℃的加速发展阶段和大于30℃的飞速破坏阶段。贯通斜裂缝位于板中,角度30°时,轨道结构变形达到最大值26 mm。建议温度大于30℃时,检修重点关注角度不大于45°的板中斜裂贯通缝。

绿塘整体浇筑堆石混凝土拱坝施工期温度仿真研究

【目的】绿塘大坝是一座不分横缝、整体浇筑的堆石混凝土拱坝,旨在解决坝体分缝过多而带来的施工干扰大、速度慢以及堆石率低等问题。为深入探究这种新拱坝型式的温度场分布特征与应力变化规律,得到堆石混凝土坝体不分缝或少分缝的理论依据,【方法】基于实测资料开展有限元温度仿真计算,考虑上游防渗层及预制混凝土块模板、混凝土水化反应及弹性模量增长、徐变等,采用结构多场仿真与非线性分析软件SAPTIS模拟整体浇筑拱坝的分层拱圈浇筑全过程,并分析坝体温度场与应力分布规律。【结果】结果显示:绿塘大坝施工期的混凝土水化温升较低,约3~10℃,部分高温月份浇筑的混凝土温升后能达到38.6℃;施工期拱向拉应力普遍小于0.8 MPa,仅上游自密实混凝土防渗层的局部应力达到1.5 MPa,预制混凝土块模板起到辅助吸热和力学约束作用;横缝对拱坝上游面的应力改善较为明显。【结论】结果表明,堆石混凝土拱坝采用不分横缝、全断面整体上升浇筑的型式是可行的,但建议上游防渗层设置短缝和高温季节采取合适的温控措施,该坝型对促进快速筑坝技术发展具有重要意义。

非均匀变温环境中简支层合拱热弹性力学解

具有轻质高强、可设计强、耐高温等优良特性的复合材料层合结构在我国被广泛应用于航空航天、建筑结构、公路桥梁等工程领域。该文基于热传导方程和热弹性理论,建立变温环境中层合拱结构理论计算模型,研究了变温环境中二维层合拱的热力学行为,得到结构温度、热应力和位移解析解。利用线性叠加原理,将层合拱非齐次温度边界转化为齐次温度边界,基于结构内层间温度和径向热流密度的连续性,建立内、外侧温度和热流密度关系,联合内、外侧温度边界条件,得到层合圆柱拱内温度场解析解。以位移和应力作为状态变量,建立状态空间方程。基于层间位移和径向应力的连续性,借助传递矩阵法,推导出两端简支层合圆柱拱内外侧位移和应力关系,并同时对层合拱内外侧应力边界条件进行傅里叶级数展开,最终得到位移和热应力解析解。收敛性分析和数值结果比对表明了该方法的有效性和准确性。利用该文方法,探讨了外部温度环境、结构尺寸、结构层数及材料组分,对结构内温度、热应力及位移分布的影响,为变温环境下层合拱的设计提供了理论依据。

基于因果机理和邻近影响的拱坝温度场监测数据缺值插补

利用实测温度场是提高拱坝变形监控模型性能的重要途径之一,但由于监测系统异常等原因,部分温度测点的监测数据存在缺值。为此,根据缺值段在温度时间序列中所处位置及其相对变化幅值制定判断准则,优选单测点缺值插补方法,基于动态时间规整法量化时间序列之间的相似性,构建拱坝温度场缺值插补的多测点分层标准和同层优先级准则,建立兼顾因果机理和邻近影响的插补预测模型。通过对某高拱坝的实施结果表明,所提出的方法和准则可有效实现拱坝温度场全部测点温度时间序列的系统性插补,将因果机理和邻近影响相结合的插补预测模型对84.0%以上的测点具有提升作用。

东庄高拱坝温控措施敏感性分析

为了提高混凝土高拱坝温控防裂安全性,结合泾河东庄230 m超高拱坝工程特点,采用三维有限元法考虑混凝土浇筑温度、冷却水管间距、水温及流量等影响因素条件下对结构应力进行计算,分析不同温控措施条件对坝体温度及温度应力的影响程度。结果表明:混凝土浇筑温度每提高2℃,坝体混凝土最高温度增加约0.8℃~1.2℃,最大拉应力增加0.2 MPa~0.3 MPa左右,混凝土开裂风险有所增加;冷却水管间距从3.0 m~1.5 m变化,可以降低内部最高温度近4℃,大幅降低了混凝土早期最高温度;冷却水水温对最高温度和通水降温速率有较大影响,通水水温降低2℃,最高温度降低约0.5℃~0.7℃左右,初冷阶段适当降低冷却水温对控制最高温度较为有利;通水流量的影响主要体现在混凝土早期最高温度和各时期通水时间方面,而对坝体内部的温度应力影响则不明显。浇筑温度、初期冷却水温是温控敏感性较大的因素。

寒冷地区特高拱坝混凝土最高温度控制研究:以东庄拱坝为例

【目的】东庄特高拱坝位于北方寒冷地区,与国内其他已建200 m以上特高拱坝主要位于西南气候温和地区存在明显差异,混凝土温度控制难度大。为保证工程建设安全的前提下满足进度和质量要求,【方法】针对东庄大坝建设期夏季和冬季不同季节的控制最高温度标准,基于现场环境气温特性,建立有限元仿真分析模型,采用施工过程仿真技术对东庄拱坝不同冷却龄期、不同基础温差条件下的混凝土温度应力进行研究,将现场监测分析结果与仿真分析规律进行对比分析,提出了相应的最高温度控制建议。【结果】结果显示:为保障拱坝混凝土应力安全,最高温度不应高于26℃;为保障拱坝横缝可灌性,最高温度不应低于20℃。缝开度和温控防裂是一个需要协调的关系,基础温差增大,相应地,温度应力增大、开缝宽度变大、温控措施压力增大;基础温差降低,相应地,应力减小、开缝宽度降低、温控措施压力变小,但是存在缝开度不满足要求的风险,尤其在寒冷地区冬季施工最高温度较低,最终导致缝开度较小无法实现接缝灌浆工作。【结论】综合考虑以上两方面影响因素,给出了大坝混凝土最高温度控制的上限值和下限值,区间范围内最高温度的控制即可以满足接缝灌浆和防裂目的。计算成果可为拱坝施工过程的接缝灌浆温控方案调整提供技术支撑。

堆石混凝土高拱坝施工期温度应力仿真分析

为研究堆石混凝土高拱坝施工期温度场和应力场的分布特点,并探究堆石混凝土在高拱坝上的适用性,本文运用数值仿真及顺序耦合法,综合考虑堆石混凝土弹模变化、堆石混凝土入仓温度、环境气候变化等因素,对不同温控措施的堆石混凝土高拱坝进行施工期全过程仿真计算。对比分析不同温控措施下高拱坝施工期的温度场和应力场,结果表明:不同温控工况下,坝体温度场和应力场的分布规律基本一致,施工期温度应力与混凝土入仓温度相关,运行期坝体应力随环境气温变化;应力线性化后最大拉应力分别为1.68 MPa、1.60 MPa、1.48 MPa。因此,堆石混凝土运用于高拱坝时,在分缝浇筑的情况下,仅需采取简单温控措施即可满足温度防裂要求。

超宽石拱渡槽安全评估及开裂问题分析

石拱渡槽是出现开裂渗水等病害最为严重的渡槽类型。该文以某存在通长纵向裂缝的29 m宽超宽石拱渡槽为研究对象,通过现场检测获取渡槽结构和材料现状,并采用有限元分析软件对渡槽主拱圈进行静力和温度作用分析,评估石拱渡槽结构安全性并分析裂缝产生原因。结果表明:该渡槽主拱圈受压承载力满足规范要求,但主拱圈拱轴线设置不合理,导致渡槽截面纵向应力不均匀,加之降温作用影响,致使渡槽中部出现纵向通常裂缝。

C80钢纤维混凝土拱圈温度试验分析

为了研究C80钢纤维混凝土水化热过程和日照作用下的温度场分布情况,以某山区拱桥拱肋为研究对象,对拱圈夏冬季节1#节段浇筑过程和浇筑完成后截面温度进行了持续监测,分析了在水化热过程中和日照作用下拱圈截面的温度场演变特征。结果表明:混凝土拱圈在浇筑初期快速升温,冬季最大峰值温度达到了44.8℃,夏季最大峰值温度达到了59.2℃,拱圈截面板厚方向测点最大温差达到了7.4℃。拱圈在拆模后箱外侧混凝土温度随外界环境变化呈现周期性波动,顶底板同一时刻峰值温差达到了5.6℃。

基于Beta函数的温度分量模型在混凝土拱坝变形监控中的应用

混凝土拱坝由于具有特殊的超静定壳体结构,对温度尤其敏感,因此拱坝变形监控模型中的温度分量对模型综合性能有显著影响。使用常见的周期三角函数和平均温度等传统温度分量构建方法,无法很好地表示拱坝坝体内部的温度分布与外界温度的滞后效应。因此,提出了一种新的温度滞后特性模拟方法,采用Beta分布来描述滞后影响,并基于Beta函数建立了混凝土拱坝变形监控模型。将基于Beta函数的温度分量模型应用于某拱坝变形监控模型的建立,结果表明监控模型的拟合精度和预测精度均优于传统模型,并表征了前期气温对沿拱向坝体测点变形的影响权重分布,描述了气温对坝体变形的滞后效应。

寒区系杆拱桥桥面横向温度模式及静力性能

为研究寒区系杆拱桥桥面横向温度模式及结构静力性能,基于寒区气象资料和现场温度实测数据,研究系杆拱桥桥面的纵向和横向温度,提出桥面100 a横向温度模式。利用Midas软件建立桥梁温度场力学模型,分析横向升温载荷对桥梁静力性能的影响。研究表明:系杆拱桥桥面的横向温差呈非线性分布,距桥面中线越远温差越大。系杆拱桥桥面的横向温度以桥面中线为对称轴,在半幅桥面内呈幂指数对称分布。在桥面100 a横向温度模式下,各控制断面的应力和位移均大于我国铁路规范横向温度模式下的应力和位移,研究结果为工程应用提供理论指导。

温度变形效应认知不确定性影响下高拱坝位移置信区间的预测方法

为解决传统预测模型未考虑拱坝变形因果关系的不确定性,导致所建立的位移静态置信区间缺乏合理的因果机理,提出了温度变形效应认知不确定性影响下高拱坝位移置信区间的预测方法。采用动态时间规整法衡量坝体温度测点之间的时间序列相似性,构建最小相似性实测温度变形因子筛选准则,基于支持向量机构建不放回采样和正交试验设计采样的机器学习模型,通过统计多模型预测值的分布规律来拟定动态变化的置信区间。以锦屏一级拱坝为例的预测结果表明该预测方法及筛选准则可有效实现高拱坝最具表征性温度测点的优选,基于最小相似性实测温度因子的正交试验设计误差小、建模效率高,所得位移预测置信区间更符合因果机理;高拱坝的最优实测温度因子组合是动态变化的。

南方地区高大平房仓拱顶温度变化及控温方式研究

南方地区粮食安全储藏的最大影响因素是高温。高温季节,阳光辐射通过高大平房仓拱顶将热量传导到粮面致使粮堆温度上升较快,因此控制拱顶的温度是控温储粮的重要环节。通过对高大平房仓高温季节的气温、仓房拱顶温度、仓内表层粮温开展试验对比,探索了一种利用温差进行拱顶智能控温方式,以达到高效节能的控温储粮目标。

异形钢拱塔桥梁温度效应分析

异形拱塔斜拉桥造型新颖,在提升桥梁美观性的同时也带来了受力复杂的问题。此外,温度效应对异形拱塔斜拉桥的影响也更加突出。为了研究异形钢拱塔斜拉桥在不同温度梯度模式和系统温度变化下的温度应力,以大庆市秀水路跨线桥为例,分别对比了英国、新西兰、美国、中国规范规定的温度梯度作用模型下的结构温度作用,并考虑了系统温度变化下桥梁结构的温度应力。结果表明,中国规范计算的正截面应力较小,这在一些特殊桥梁上可能是偏于不保守的,可以考虑参考其他国家规范进行验算。在梯度温度和系统温度下,主梁的跨中截面和中墩墩顶截面、拱塔的拱顶截面存在局部应力的极大值,在进行设计时可考虑对这些部位进行加强。

环境温湿度对钢筋混凝土主拱圈应力重分布的影响研究

针对现有规范中的不足,对比研究了变化温湿度收缩徐变模型和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的恒定温湿度收缩徐变模型下主拱圈截面应力重分布,建立空间实体单元模型与梁单元模型,并研究了普通钢筋对主拱圈截面应力重分布的影响。结果表明:变化温湿度模型结果更加精确。随着收缩徐变的进行,主拱圈截面上、下缘应力逐渐减小,当考虑普通钢筋时,截面应力进一步减小,考虑普通钢筋时主拱圈截面应力最大下降7.6%,表明普通钢筋对截面应力重分布有显著影响。从多尺度的角度对比梁单元模型和实体单元模型应力的空间分布,由于宽桥空间效应更加明显,普通的梁单元模型已经不能满足验算的精度要求,所以宽桥应采取梁格模型甚至实体单元分析来保证结果的精度。

外掺MgO常态混凝土双曲拱坝温控技术应用

本文以我国西南地区的B水电站水库拱坝为工程实例,从施工准备\施工过程以及施工养护三个方面详细地介绍了针对外掺MgO常态混凝土双曲拱坝的施工温控应用措施,本文所述的外掺MgO常态混凝土施工温控技术可以为相关外掺MgO常态混凝土工程施工提供借鉴和指导。

温度效应对CFST拱桥拱肋预拱度取值影响的探讨

为探讨制作温差对拱肋预拱度取值的影响,以某主跨528 m的中承式钢管混凝土拱桥为依托背景,利用MIDAS/civil建立有限元仿真模型,分析了五个不同制作温差梯度对拱肋成拱线形的影响。计算结果表明:当拱肋制作温差与设计基准温度相差较大时,原设计预拱度可能存在设置不足的情况,建议拱肋预拱度取值应计入拱肋制作温差对成拱线形的影响。此外,依据9座钢管混凝土拱桥实例,在有限元计算结果的基础之上结合Plane函数和Levenberg-Marquardt优化算法,得到了单位环境变温与空钢管状态下拱顶挠度间的显式函数关系式。