混凝土拱坝温度荷载智能调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及混凝±拱巧建设领域，具体说，设及一种混凝±拱巧溫度载荷调节方 法。
【背景技术】
[0002] 混凝±拱巧，是最重要的巧型之一，具有经济性和安全性高的优点。混凝±拱巧在 保障防洪安全、供水安全、粮食安全、能源安全和生态安全方面发挥了重要作用，确保水库 水电站大巧安全对于国家和人民群众极端重要。
[0003] 溫度荷载是拱巧最重要的荷载之一，对拱巧应力，尤其是拉应力影响较大。有些拱 巧，如山西恒山拱巧和内蒙古响水拱巧，溫度荷载对拱巧应力和拱端推力的影响都超过总 荷载的80 %，对拱巧工作性态影响巨大。巧高和水位较高的拱巧溫度荷载影响稍小，但仍对 拱巧工作性态影响很大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对溫度荷载对拱巧工作性态影响较大问题，提出一种减小溫 度荷载的方法，可W减小溫度应力，改善大巧工作性态。 阳0化]具体技术方案如下：
[0006] 一种混凝±拱巧溫度荷载智能调节方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤1，根据巧体的设计体型、封拱溫度、基岩溫度、水库水位和水库水溫、多年年 均环境气溫、光照条件，计算得到巧体年内各月的平均溫度荷载；其中，所述平均溫度荷载 W每月15日溫度荷载代表；
[0008] 步骤2,根据大巧实际情况，确定允许溫度荷载，包括允许溫降荷载和允许溫升荷 载，将步骤1中各月平均溫度荷载与允许溫度荷载进行比较，得到不同时间不同部位需要 消减的溫度荷载增量；
[0009] 步骤3,根据允许溫度荷载及需要消减的溫度荷载增量，反算得到大巧每年不同时 间不同部位允许溫度值；
[0010] 步骤4,根据不同时间不同部位需要控制达到的溫度值和上游库水溫度分布情况， 并结合施工期保留的冷却水管布置情况，确定大巧通水溫度和通水流量；
[0011] 步骤5,根据通水溫度和上游库水溫度分布情况，确定取水高程范围；
[0012] 步骤6,根据确定的取水高程范围进行通水，并通过控制进水水管流量，进行巧体 溫度控制。
[0013] 进一步，该步骤1中，年内各月平均溫度荷载，采用有限元方法计算并等效得到， 所采用的等效公式为：
[0015] 其中，Tm、Td分别为溫度荷载的平均溫度和等效线性溫差，L为巧体厚度，X为该点 距厚度中屯、的距离，T为该点计算溫度值。
[0016] 进一步，该步骤2中，需要消减的溫度荷载增量为：
[0017] ATm=Tm_Tmper;ATd=T广Tdper; 阳01引其中，ATm、ATd为需要消减的溫度荷载增量，TmPW、TdPW为允许溫度荷载。
[0019] 进一步，该步骤3具体包括：
[0020]采用如下公式求得大巧上、下游面允许溫度值L。PM和l\dPW:
[0022] 其中，Tmper、Tdper为允许溫度荷载；
[0023] 在求得的大巧上、下游面允许溫度值基础上，根据热学传导理论，采用有限元分 析，得到大巧不同时间不同部位允许溫度值。
[0024] 进一步，该步骤4具体包括：
[0025] 根据巧体的设计体型、封拱溫度、基岩溫度、水库水位和水库水溫、多年年均环境 气溫、光照条件，并结合施工期保留的冷却水管布置情况，采用不同的大巧通水溫度和通水 流量组合，采用有限元仿真分析方法，计算求得大巧溫度场；
[00%] 将求得的大巧溫度场与步骤3中得到的允许溫度值进行比较，根据不同时间不同 部位需要控制达到的溫度值和上游库水溫度分布情况，确定合适的通水溫度和通水流量。
[0027] 进一步，该步骤4中，施工期保留的冷却水管布置情况包括：上游冷却水管与中、 下游冷却水管分开布置。
[0028] 进一步，步骤6中，根据确定的取水高程范围进行通水包括：当取水部位高于冷却 水管布置高程时进行自流通水，当取水部位低于冷却水管布置高程时进行抽水通水。
[0029] 进一步，该步骤6具体包括：
[0030] 根据大巧内部实际监测溫度值，通过安装于冷却水管上的控制装置控制进水流 量；
[0031] 夏季控溫区域溫度偏高时，通较低溫度的库水进行冷却；
[0032] 冬季控溫区域溫度偏低时，通较高溫度的库水进行升溫；
[0033] 春季和秋季溫度处于允许溫度范围内时，停止通水。
[0034] 与现有技术相比本发明的有益效果是：利用施工期保留的部分冷却水管，采用拱 巧溫度荷载智能调节方法，通过控制运行期年平均溫度的方式减小了溫度荷载，进而减小 了溫度应力，改善了大巧工作性态。
【附图说明】
[0035]图1是本发明拱巧溫度荷载智能调节方法的流程图；
[0036] 图2是本发明一实施例中拱巧体型示意图； 阳037] 图3是图2的A-A剖视图；
[0038] 图4是本发明一实施例中水库水溫示意图；
[0039] 图5是本发明一实施例中多年平均溫度示意图；
[0040] 图6是本发明一实施例中溫度荷载示意图；
[0041] 图7是本发明一实施例中允许溫度荷载示意图；
[0042] 图8是本发明一实施例中拱巧I月份和6月份需要消减溫度荷载示意图；
[0043]图9是本发明一实施例中拱巧保留冷却水管布置图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，运些 实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据运些实施方式所作的功能、方法、 或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
[0045] 本发明通过提供一种高拱巧溫度荷载智能调节方法，利用施工期保留的部分冷却 水管，采用智能通水方法，控制运行期年平均溫度的方式减小溫度荷载，进而减小溫度应 力，改善大巧工作性态。
[0046] 大巧混凝±普遍存在裂缝，运些裂缝绝大部分是由溫度荷载引起的。拱巧一般比 较单薄，受外界气溫、水溫影响大，巧内溫度变化比较大，除了巧顶为自由边界外，其它=面 均受到基岩的约束，溫度变形受外界约束比较大，因此可能出现较大的溫度应力。溫度下降 会使混凝±收缩变形，溫降收缩的部位受到溫度没有下降的甚至是溫度升高的部位W及周 边岩体约束，从而产生拉应力，当拉应力超过混凝±的抗拉强度时即会产生裂缝。
[0047] 拱巧溫度荷载为：
[0048]Tm=Tmi+Tm2_Tm。，Td=Tdi+Td2_Td〇;
[0049] 其中，Tm、Td分别为拱巧溫度荷载的平均溫度和等效线性溫差；Tm。、Td。分别为封拱 溫度场的平均溫度和等效线性溫差；Tmi、Tdi分别为运行期年平均溫度场沿厚度的平均溫度 和等效线性溫差；Tm2、Td2分别为运行期变化溫度场沿厚度的平均溫度和等效线性溫差。可 见，拱巧溫度荷载可分为两部分：一部分为初始溫差，即巧体年平均溫度与封拱溫度之差， 该值不随时间发生变化；另一部分为时变溫差，即外界水溫、气溫等变化在巧内所引起的溫 度变化，该值随时间做周期性变化，夏季为溫升，冬季为溫降。
[0050] 下面结合附图对本发明步骤作进一步的详细描述。
[0051] 参图1所示，图1是本发明拱巧溫度荷载智能调节方法的流程图。
[0052] 该方法具体包括：
[0053] 1)根据巧体的设计体型、封拱溫度、基岩溫度、水库水位和水库水溫、多年年均环 境气溫、光照条件，计算得到巧体年内各月（一年12个月）的平均溫度荷载；其中，该平均 溫度荷载W每月15日溫度荷载代表。
[0054] 2)根据大巧实际情况，确定允许溫度荷载，包括允许溫降荷载和允许溫升荷载，将 步骤1)中各月平均溫度荷载与允许溫度荷载进行比较，得到不同时间不同部位需要消减 的溫度荷载增量。
[0055] 3)根据允许溫度荷载及需要消减的溫度荷载增量，反算得到大巧每年不同时间不 同部位允许溫度值。根据允许溫度荷载和实际大巧各月溫度荷载情况，或需要消减的溫度 荷载增量，确定大巧不同时间不同部位允许溫度值。如实际溫度荷载在允许溫度荷载范围 内，则不需要对溫度荷载或溫度值进行控制。
[0056] 4)根据不同时间不同部位需要控制达到的溫度值和上游库水溫度分布情况，并结 合施工期保留的冷却水管布置情况，确定大巧通水溫度和通水流量。施工期冷却水管必须 部分保留，尤其是大巧中下游部位的冷却水管。
[0057] 5)根据通水溫度和上游库水溫度分布情况，确定取水高程范围；
[0058] 6)根据确定的取水高程范围进行通水，并通过控制进水水管流量，进行巧体溫度 控制。
[0059] 在本实施例中，步骤1)中，年内各月平均溫度荷载Tm=TmDi~Tmi2和Td=TdOi~ Tdl2,采用有限元方法计算并等效得到，所采用的等效公式为：
[0061] 其中，Tm、Td分别为溫度荷载的平均溫度和等效线性溫差，L为巧体厚度，X为该点 距厚度中屯、的距离，T为该点计算溫度值。上述年内各月平均溫度荷载也可采用其它方法 计算并等效获得。
[0062] 溫度荷载也可采用公式求得，具体公式可参见《水工建筑物荷载设计规范》。
[0063] 在本实施例中，步骤2)中，需要消减的溫度荷载增量为： W64]ATm=Tm-Tmper;ATd=T^Tdper; W65] 其中，ATm、ATd为需要消减的溫度荷载增量，Tmpw、TdPW为允许溫度荷载。
[0066] 在本实施例中，该步骤3)具体包括：
[0067] 采用如下公式求得大巧上、下游面允许溫度值L。PM和T,d PW:
W例其中，TmPW、TdPW为允许溫度荷载；
[0070] 在求得的大巧上、下游面允许溫度值基础上，根据热学传导理论，采用有限元分 析，得到大巧不同时间不同部位允许溫度值。大巧不同时间不同部位允许溫度值也可采用 其它分析方法获得。
[0071] 在本实施例中，该步骤4)具体包括：
[0072] 根据巧体的设计体型、封拱溫度、基岩溫度、水库水位和水