一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法
【專利摘要】一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法，該方法包括以下步驟：1）埋設分布式測溫光纖并測量獲得高拱壩典型壩段順河向實測溫度；2）計算實測溫度相應的各階矩的值；3）采用多項式表示高拱壩典型壩段順河向等效溫度，得到高拱壩典型壩段順河向各階矩等效溫度的分布函數；4）根據步驟3）所得的各階矩等效溫度的分布函數繪制圖形，即獲得高拱壩實際溫度荷載反饋。本發明提供的一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法，基于矩法和分布式光纖測溫相結合，擴充了當前拱壩設計規范中采用線性化等效溫度的概念，充分利用分布式光纖測溫線測溫和實時在線測溫的優勢，測量獲得典型壩段順河向溫度分布，克服現有采用點溫度計測量的溫度信息小的缺點。
【專利說明】一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及大壩信息數據反饋領域，尤其是一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方 法。
【背景技術】
[0002] 溫度荷載是拱壩的主要設計荷載之一，它是拱壩接縫灌漿后壩體的準穩定溫度場 與封拱時的溫度場之間的溫差產生的荷載。由于拱壩的溫度場為時間的函數，從壩體灌漿 到水庫正常運行，壩內溫度不斷變化。現有拱壩設計規范（SL282-2003) -般采用封拱溫 度、運行期年平均溫度場和運行期變化溫度場等3個特征溫度場的全截面線性等效溫度來 計算拱壩的溫度荷載。
[0003] Tffl =Tffll+Tffl2-Tffl0
[0004] Td =Tdl+Td2-Td0
[0005] Tm、Tml、Tm2、Tm(l均為截面平均溫度；Td、Tdl、Td2、Td(l均為截面等效線性溫差。
[0006] 由于等效線性溫度并非真實溫度，而是虛擬溫度，雖然在直線法假設下，其力學作 用與真實溫度等效，但忽略不計的非線性溫度變化是引起壩體表面裂縫的重要原因。
[0007] 由于拱壩溫度荷載與封拱溫度、環境氣溫、庫水水溫等關系密切，實際溫度荷載難 免與設計溫度荷載存在一定差異。基于拱壩實測溫度反饋溫度荷載是一個重要的研究課 題。目前一般采用點式溫度計進行混凝土壩溫度監測，例如，混凝土壩安全監測技術規范 (DL/T5178-2003)9. 2. 10條款指出"在拱壩監測壩段，根據壩高不同可布設3個-7個監測斷 面。在斷面和中心斷面的每一條交線上可布置3個一5個測點。"顯然，由于傳統點式溫度 計監測的信息量少，導致難以進行合理有效的拱壩溫度荷載反饋。例如吳中如等基于實測 溫度對拱壩溫度荷載中的平均溫度進行了反饋，并與美國墾務局公式（截面平均溫度經驗 公式）進行了對比。吳中如等采用的實測溫度僅為測溫斷面若干支點式溫度計測值，由于 實測溫度信息少，這一定程度影響實際溫度荷載反饋的精度。分布式光纖具有線監測和實 時在線監測的優勢，只要把分布式光纖埋設在混凝土澆筑倉內，即可快速、連續地監測光纖 傳感網絡沿程的溫度值，這樣采用分布式光纖測溫可以直觀、方便地獲得壩體灌漿到水庫 正常運行順河向溫度分布值。目前，分布式光纖測溫系統在三峽、百色、小灣、光照、溪洛渡 等工程得到應用。但目前基于分布式光纖測溫進行高拱壩實際溫度荷載的反饋尚未報導。
【發明內容】
[0008] 本發明所要解決的技術問題是提供一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法，基于矩 法和分布式光纖測溫相結合，擴充了當前規范中采用線性化等效溫度的概念，充分利用分 布式光纖測溫線測溫和實時在線測溫的優勢，測量獲得典型壩段順河向溫度分布，克服現 有采用點溫度計測量的溫度信息小的缺點。
[0009] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種高拱壩實際溫度荷載反 饋的方法，該方法包括以下步驟：
[0010] 1)選取高拱壩典型壩段，埋設分布式測溫光纖并測量獲得高拱壩典型壩段順河向 實測溫度；
[0011] 2)基于矩法，計算步驟1)所得的高拱壩典型壩段順河向實測溫度相應的各階矩 的值；
[0012] 3)采用多項式表示高拱壩典型壩段順河向等效溫度，根據高拱壩典型壩段順河 向等效溫度的各階矩與步驟2)所得的高拱壩典型壩段順河向實測溫度相應的各階矩相等 這一原理，確定多項式的系數，進而得到高拱壩典型壩段順河向各階矩等效溫度的分布函 數；
[0013] 4)根據步驟3)所得的各階矩等效溫度的分布函數繪制圖形，分析評價高拱壩典 型壩段實際溫度荷載的變化規律，即獲得高拱壩實際溫度荷載反饋。
[0014] 步驟1)中，高拱壩典型壩段為：拱冠梁壩段或左右1/4拱壩段。
[0015] 步驟1)中，在高拱壩典型壩段，埋設分布式測溫光纖的方法為：全截面順河向埋 設分布式測溫光纖或上下游半倉交錯式順河向埋設分布式測溫光纖。
[0016] 當現場施工條件（例如大壩現場采用平鋪法澆筑混凝土等）允許時，采用圖1所 示的方式全截面順河向埋設分布式測溫光纖，即距上游面lm上引雙股光纖和距下游面lm 上引雙股光纖，順河向埋設光纖也采用雙股光纖。
[0017] 當現場施工條件（例如大壩現場采用臺階法澆筑混凝土等）不允許時，則采用圖 2所示的方式上下游半倉交錯式順河向埋設分布式測溫光纖，即距上游面lm上引雙股光纖 和距下游面lm上引雙股光纖，順河向埋設光纖也采用雙股光纖。
[0018] 步驟2)是基于矩法計算得到分布式光纖順河向實測溫度相應的各階矩。
[0019] 矩法原理如下：
[0020] 矩法同伽遼金法相似，屬于加權余量的一種。矩法采用一個完備的函數集作為權 函數，一般取權函數為l，X，x2，x3,…，假設T(x)為任意函數，則T(x)的各階矩為
[0021]
【權利要求】
1. 一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法，其特征在于該方法包括以下步驟： 1) 選取高拱壩典型壩段，埋設分布式測溫光纖并測量獲得高拱壩典型壩段順河向實測 溫度； 2) 基于矩法，計算步驟1)所得的高拱壩典型壩段順河向實測溫度相應的各階矩的值； 3) 采用多項式表示高拱壩典型壩段順河向等效溫度，根據高拱壩典型壩段順河向等效 溫度的各階矩與步驟2)所得的高拱壩典型壩段順河向實測溫度相應的各階矩相等這一原 理，確定多項式的系數，進而得到高拱壩典型壩段順河向各階矩等效溫度的分布函數； 4) 根據步驟3)所得的各階矩等效溫度的分布函數繪制圖形，分析評價高拱壩典型壩 段實際溫度荷載的變化規律，即獲得高拱壩實際溫度荷載反饋。
2. 根據權利要求1所述的一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法，其特征在于步驟1) 中，高拱壩典型壩段為：拱冠梁壩段或左右1/4拱壩段。
3. 根據權利要求1所述的一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法，其特征在于步驟1) 中，在高拱壩典型壩段，埋設分布式測溫光纖的方法為：全截面順河向埋設分布式測溫光纖 或上下游半倉交錯式順河向埋設分布式測溫光纖。
4. 根據權利要求1所述的一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法，其特征在于步驟2)高 拱壩典型壩段順河向實測溫度相應的各階矩的值的計算方法為：將分布式光纖順河向實測 溫度沿X軸分成若干段A Xl、Ax2、…、Λ Xn，由式（1)，基于實測溫度計算獲得高拱壩典型 壩段順河向實測溫度相應的各階矩的值〇階矩、1階矩、2階矩、3階矩、…、η階矩，
5. 根據權利要求1所述的一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法，其特征在于步驟3) 中： 設實際的溫度分布為T(X)，表示高拱壩典型壩段順河向等效溫度的多項式為 T (χ) = + α{χ + a2x2 + a3x3 H-，貝Ij M0 = / IT (X) dx，M1 = / xT (X) dx，M2 = / X2T (X) dx，... (4) 令等效溫度π.\·)與實際溫度too滿足矩等效條件式（3)
通過求解線性方程組確定系數％，ai，a2, a3…的值，從而可得到各階矩等效溫度的分布 函數忍(X)、乃(.\-)、5(.\·)、Γ3(χ)…。
6.根據權利要求1所述的一種高拱壩實際溫度荷載反饋的方法，其特征在于步驟4) 中，根據各階矩等效溫度的分布函數繪制圖形為：等效溫度或實測溫度各階矩隨時間變化 過程曲線以及典型時刻等效溫度的分布圖。
【文檔編號】E02B7/12GK104233997SQ201410522112
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】黃耀英, 魏曉斌, 李洋波 申請人:三峽大學