大体积混凝土实时温控预报气温选取研究.pdf

大 体 积 混 凝 土 实 时 温 控 预 报 气 温 选 取 研 究 黄耀英1，顾璇2，顾以中3，周宜红1 (1三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002；2中国葛洲坝集团股份有限公司三峡 分公司，湖北宜昌443002；3中国葛洲坝集团第二工程公司，湖北宜昌443002) 摘要：针对大体积混凝土实时跟踪预报分析时的气温的选取问题，以某混凝土工程为例，对比仿真分析多年月平 均气温、13平均气温及13变化气温下的温度场。计算分析结果表明，除了浇筑层表面在层间间歇期间外，其余部位 和时间三种气温下的温度均吻合得较好。因此，在进行实时跟踪温控预报时，优先以周天气预报进行仿真分析，在 缺少周天气预报时。也可以采用多年月平均气温进行仿真预报。 关键词：大体积混凝土；温控预报；月平均气温；日平均气温；13变化气温 A i rTem perat ureSel ecti onforRealTi m eTem per at ureCont r olFor ecas t ofM as sConcr ete H ua ngY aoyi n91，GuXuan2，G uY i zhon93，ZhouY i hon91 (1C hina Three G orgesU niver sity，Y i changHubei443002；2ChinaG ezhoubaGroupC oLtdThr eeG orgesC om pany， Yichang Hubei443002；3C hinaG ezhouba G r oupNo2Engineeri ngCo，I上d，Y i chang Hubei 443002) Abst r act ：Theai rtem perat uresel ect i onsi nreal -t i m eforecast ofm as sconcret e tem perat ure w er e analyzed her ei n by acas e st udyThetem perat ure f ieldundert hecondi t i onsofm ean m onthly ai r t em perat ure，m eandai l y ai r tem perat ure andai r tem peraturedai l y vari at i onw er esimulat ed respe ct i vel yThe resul t sshowt hat ，inaddi t i ontot hesurfac eof pl aci ng lift during i nt erm i t t ent peri od，t he simulat ed tem peratur e di st ri but i onsinother part s andatot herti m esbasedont hreeai r tem perat ure conditionsar econsi st entw i t ht heact ualm eas urem entsI tis suggested t hat t he w eekl y ai r tem per atur e f or ecastshoul dbe gi venpr ior i tyint hetem peraturef ieldsimulati onf or r ealt i m etem peratur econt rolf or ecastofm assconcret e，andt hem ean m onthlyai rtem perat urecanal so beusedi nt heabsenceof weekl yai rtem peratur efor ecas t K eyW ords：m 麟concret e；tem perat urefor ecas t；m eanm ont hl yai rtem per at ur e；m eandail y ai r tem perat ure；airtem perat ure dai l y vari at i on 中图分类号：0241；TV431文献标识码：A文章编号：05599342(2010) 080048-03 气温的变化是引起混凝土裂缝的莺要原因。也 是计算温度应力和制定温度控制措施的重要依据。 目前在进行大体积混凝土施工期温度场仿真分析时 一般采用多年月平均气温进行计算【11。多年月平均气 温多数情况下采用余弦函数表达式难以反映混凝 土浇筑的实际开仓时间(提前或延后)以及在夜间 开仓或正午开仓引起的气温差异。为了有效地进行 温度控制以避免危害性裂缝的产生。对混凝土的温 度过程进行实时跟踪预报是一种有效的方法。在混 凝土浇筑前。根据现场具体情况进行温度场仿真预 报分析如栗预报温度超标，则提出相应的温控修 改措施，在修改温控措施的基础上。重新进行温度 团W at er Pow erV0136N o8 场仿真预报，直至预报温度满足设计要求。与此同 时，在进行实时跟踪预报分析时，结合实测温度进 行动态热学参数反演，可进一步提高温度场仿真预 报的可靠性。那么在进行温度场实时仿真预报分析 时，气温如何选取、是否可以采用多年月平均气温 收稿日期：2009一I o-15 基金项目：教育部科学技术研究重点项目(208092)；湖北省教育 厅科学技术研究项目(Z200713001。D2010207)：三峡大学基金项目 (2008A00720088041) 作者简介：黄耀英(1977一) ，男，副教授，博士。主要从事大坝 安全监控和结构值计算面的教学与科研工作 三：三：竺兰竺釜：!：全：竺竺竺兰!：苎兰竺兰二竺!竺：兰罨二i；：jl：习 等问题引起工程界的关注。为此，本文依托某正在 施工的混凝土工程，对比分析多年月平均气温、日 平均气温及日变化气温下的温度场。研究大体积混 凝土实时温控预报气温的选取。 1基本原理吻 水管冷却等效热传导法是把冷却水管看成负热 源，从平均意义上考虑水管冷却的效果，推导得到 的等效热传导方程为 誓=n92n(耻 瓦)誓+ 誓 (1) 式中，r为混凝土温度；t 为时间；口为混凝土导温 系数；T o为混凝土初始温度；瓦为水管进口水温； 阮为最终绝热温升；咖、妒为水管冷却效果的函数。 在一期冷却中，冷却时间通常不超过15d。函 数西可采用下式表达 咖=e叫(2) 式中，p=kaD 2，其中，k=209一135孑+O320酽，孝= A Ll e。oq，A 为导热系数，为水管长度，c。为冷却 水比热，P。为冷却水密度，g。为冷却水通水流量，o D为直径；t 为时间。 当外半径b与内半径c之比不等于100时可 采用等效导温系数a o=(锄bO7167)i口=1947(口1b)： 20铂130时，n16瑚26exp【00314(坛-20)嗍】 对于指数型绝热温升9( r )=6I D ( 1一e一) ，结合式 ( 2)可以得到水管冷却下混凝土平均温度为 T( t) =嘶(t )(3) 式 中， 砂(t)=旦(e巾 一e“)，m为 绝 热 温升 指 数 ； m - p 其他符号意义同前。 对于任意绝热温升O ( r) =O of( r) ，其中，以彳) 为 任意函数，结合式( 2)可以得到水管冷却下混凝土的 平均温度为 r( f )=2je，一r口(r)=6渺(f)(4) 为提高计算精度，本文采用双曲线绝热温升。 砂( f) 采用式( 5) 计算 妒(f)：e叩删觚r) (5) 式中，af (z)=f( r+az)砜r )。 2实例分析 以西南某双曲拱坝典型坝段为例。该拱坝正在 进行约束区混凝土浇筑，浇筑层厚15m ，由于需要 进行固结灌浆。水管间距为15m15rl l ，层间间歇 时间为实际间歇时间。混凝土绝热温升为0( r) =26, r ( 245+7) ，采用个性化通水，通水水温和流量根据 实测温度调整，一期通水冷却目标温度约为20。 本文在进行温度场仿真分析时先通20d10水， 水流流量q=30Ll m i n。再通25d145水水流 流量口。=10l dm i n，其中冷却水比热c，=4178kJ， (kg)，密度p。=1 ooo ksm 3。混凝土导热系数A = 1849kJ(m doC) ，表面放热系数口=1005kJ(In2 d)，混凝土浇筑温度统一取l O 有限元模 型及典型测点如图1所示。 圈1有限元模型及典型丽点 该坝段第一仓混凝土浇筑时间为2009年4月 17日，以该天作为温度场仿真计算起点。其对应的 多年月平均气温表达式为死=1974+825cos r ，一 1 l舞煳0多年月平均气温和实测日平均气温 及日变化气温如图2所示。 图2气温过程线 分别采用多年月平均气温、实测日平均气温、 实测日变化气温三种工况进行仿真计算。冷却水管 按等效热传导法Il，隧行分析。不同工况下典型测点温 度过程线对比如图3所示。典型线温度对比如图4 所示，温度实测值与预报值对比如图5所示。图5 中的预报值是以多年月平均气温进行计算得到的。 分析图3、4、5可知： (1)采取不同的气温进行仿真分析浇筑层表 面在层面间歇期间，因受外界气温影响较大。温度 差异较大，但以月平均气温计算的温度值近似为以 日平均气温和日变化气温计算的温度值的平均值。 W ater Power V0136No8圈 斓 p 蜊 赠 鬻 2040 60 80 时间d 测点H 406080 时间d 测点F 均 蚕 p22 聪 11 24 10 p 型 赠 020406080 时日Jd 测点G 月平 。 。一 20406080 时问d 测点 固3不同工况下典型测点温度过程线对比 12 11 lO 9 8 暑7 蜊6 掘5 4 3 2 1 0 图4浇筑完成第3天不同工况下温度沿高程A B分布 芝2205 型15 赠10 01020304050607080 90 时间d 测点F 田5典型测点温度实测值与预报值对比 ( 2) 无论是用月平均气温还是日平均气温或日 变化气温进行计算。除了浇筑层表面在层间间歇期 间外，其余部位和时间的温度吻合均较好。 囫W at er P(r wer V0136N o8 (3)由图5可知，由于在仿真分析时，混凝土 浇筑温度取为10。而在测点H 和F的实际浇筑 温度分别为783和79，另外实际混凝土通 水冷却采用个性化通水。通水温度及流量根据实测 温度进行调整，采用水管冷却的等效热传导法与实 际情况存在一定差异。仓面流水养护的边界条件也 具有不确定性，故温度预报值与实测值存在一定差 异但总体来说。浇筑层内的实测温度和预报温度 吻合得较好。 (4)为了有效地进行温度控制，对混凝土的温 度过程进行实时跟踪预报是一种有效的方法。采用 日变化气温进行预报时。浇筑仓混凝土内部和表面 的温度与实测温度吻合得较好而由于中长期天气 预报一般不准确，此时。可采用一周的天气预报进 行仿真计算。 ( 5) 在实际工程中。需要根据浇筑仓混凝土内 部的最高温度来调整通水冷却由图3测点H 和F 温度过程线以及图4可见。浇筑仓混凝土内部的最 高温度受环境气温影响较小即在缺少周天气预报 时，也可以采用多年月平均气温进行近似仿真预报。 3结语 针对大体积混凝土实时跟踪预报分析时气温选 取的问题依托某实际正在施工的混凝土工程对 比仿真分析多年月平均气温、日平均气温及日变化 气温下的温度，得到如下结论： (1)在进行大体积混凝土施工期温度场仿真分 析时，般采用多年月平均气温进行计算，余弦函 数气温表达式难以反映实际混凝土开仓时间(提前 或延后若干天)以及在夜间开仓或正午开仓等因素 引起的差异。 (2)用月平均气温、日平均气温、日变化气温 进行计算除了浇筑层表面在层间间歇期间。其余 部位和时间的温度均吻合得较好。 ( 3) 在进行实时跟踪温控预报时，最好是以周 天气预报进行仿真分析，在缺少周天气预报时。也 可以采用多年月平均气温进行仿真预报。 参考文献： 1 朱伯芳大体积混凝土温度应力与温度控制M 北京：中国电 力出版社1999 2 朱伯芳考虑水管冷却效果的混凝土等效热传导方程J水利 学报。1991(12)：43- 49 3 黄耀英，周宜红两种不同冷却水管热传导计算模型相关性探 讨J长江科学院院报，2009，26(6)：5“59 (责任编辑焦雪梅) 驼 嬲 |暑 从 盟 坶 m H 眩 m