一种基于太阳能的桥墩混凝土温度自平衡装置及调节方法

本发明涉及建筑工程，具体涉及一种基于太阳能的桥墩混凝土温度自平衡装置及调节方法。

背景技术：

1、在桥梁工程中，桥墩承担着支承桥跨结构及传递荷载的作用。随着我国基建行业的快速发展，大型混凝土桥墩在高海拔地区得到了广泛应用。然而，在日照充足但年平均气温较低的高海拔地区，部分桥墩由于其两侧长期处于向光或背光，从而产生不均匀的温度分布。进而，桥墩墩身不同部分的温度差会使得桥墩不同部位的混凝土产生不同的塑性变形和变形应力，导致桥墩开裂。而开裂后的裂缝易发生腐蚀性介质或雨雪的侵入，导致混凝土进一步劣化，钢筋发生锈蚀，严重影响了桥墩的安全性及耐久性，显著降低了桥梁结构的使用性能和使用年限。

2、针对上述工程难题，被动式修补技术无法对桥墩墩身进行全面的温度监测并消除温差，在根源上解决混凝土开裂问题，高海拔地区混凝土桥墩的温度平衡技术亟待创新。考虑到高海拔地区日照充足，太阳能资源丰富，而向光和背光侧的温差问题也是由日照引起，因此发明一种基于太阳能的高海拔地区桥墩混凝土温度自平衡装置，对桥墩温度进行智能监测，消除桥墩墩身温差，有效防止混凝土开裂就显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于太阳能的桥墩混凝土温度自平衡装置及调节方法，以解决现有技术中桥墩因温度分布不均匀而导致的桥墩开裂，进而影响桥墩安全性以及耐久性的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供的一种基于太阳能的桥墩混凝土温度自平衡装置，包括太阳能集热系统、换热管系以及温度监测组件；所述换热管系包括集水管、分水管以及设置在桥墩内部的热交换管；所述太阳能集热系统包括太阳能集热管、可调节支架、水箱以及控制器；所述太阳能集热管与所述可调节支架连接，所述可调节支架以及太阳能集热管通过管道与所述水箱连通；所述水箱与所述集水管连接；所述温度监测组件包括温控仪、与所述温控仪连接的控制箱以及设置在桥墩内部的温度传感器；所述控制箱内通过多个控制阀分别连通有所述分水管以及热交换管；所述温度传感器、控制阀分别与所述温控仪通信连接。

4、采用上述技术方案的技术效果为：通过太阳能集热系统实现对换热管系内液体的加热，温度监测组件对桥墩温度进行实时监测，待桥墩背光侧与向光侧温度差值超过温控仪的预设判断值后，温控仪向控制箱发出信号，控制箱将换热管系内的液体连通至桥墩内背光侧设置的热交换管内，从而实现对桥墩背光侧的升温，进而减少桥墩背光侧与向光侧的温度差。

5、可选的或优选的，所述热交换管呈螺旋型等间距设置于所述桥墩的背光侧。

6、可选的或优选的，所述温度传感器呈螺旋型等间距设置于所述桥墩内部的向光侧和背光侧；所述温度传感器信号连接有温控仪且所述温度传感器为光纤温度传感器。

7、采用上述技术方案的技术效果为：热交换管的螺旋形等间距设置可以增大热交换管与桥墩的换热面积，从而达到更好的换热效果；温度传感器的螺旋形等间距设置可以增加温度传感器与桥墩的监测点，使温度传感器能够对桥墩向光侧与背光侧的多个监测点进行实时全面的检测，避免了桥墩的局部温度升高而监测不到的情况。

8、可选的或优选的，所述控制箱上分别设置有用于连通所述分水管与热交换管的进水口一、进水口二、出水口一、出水口二。

9、可选的或优选的，所述分水管内液体由进水口一流入，经所述控制箱内设置的控制阀后由所述出水口一流入至热交换管内；所述热交换管内液体由进水口二流入，经所述控制箱内设置的控制阀后由所述出水口二流入至分水管内；所述控制箱用于控制所述控制阀的开关。

10、可选的或优选的，所述桥墩通常为多个设置，所述分水管的数量与所述桥墩数量相对应，且多个所述分水管与所述集水管连通设置。

11、可选的或优选的，所述控制器用于监测水箱内温度以及控制所述可调节支架；所述可调节支架用使所述太阳能集热系统根据光照方向的改变而进行角度的适应性调节。

12、采用上述技术方案的技术效果为：根据光照方向对太阳能集热系统进行适应性调节，即将太阳能集热管调节至最佳受光角度，从而提高了太阳能集热管的加热效率。

13、可选的或优选的，所述控制器与所述温控仪均连接有信号发射器，所述信号发射器通讯连接有远程控制端。

14、采用上述技术方案的技术效果为：操作人员通过远程控制端实现对本装置的远程控制，操作方便，降低人工成本。

15、一种基于太阳能的桥墩混凝土温度自平衡调节方法，包括以下步骤：

16、s1、太阳能集热系统通过太阳能集热管对水箱内液体进行加热，确定水箱内温度范围，并将该范围预设为控制器的判断值；所述控制器实时监测水箱内温度，待水箱内温度达到预设温度范围上限后，控制器控制水箱与集水管进行连通；

17、s2、确定桥墩背光侧与向光侧的最大安全温差值，并将所述最大安全温差值预设为所述温控仪的判断值；

18、s3、所述温度传感器将桥墩背光侧与向光侧的实时温度数据反馈至温控仪，所述温控仪将实时温度数据的差值与判断值进行比较，选择是否向控制箱发出信号，进而使控制箱选择是否开启或关闭控制阀；

19、s4、若所述控制箱接收到所述温控仪发出的信号，则通过所述控制阀将所述进水口一与出水口一、进水口二与出水口二连通，实现液体由太阳能集热系统加热后经集水管和分水管流入桥墩内设置的热交换管中，对桥墩内背光侧进行加热，进而减少桥墩背光侧与向光侧的温度差；

20、s5、加热后液体由热交换管经控制箱回流至水箱中，进行循环；待水箱内温度低于s1中水箱预设温度范围下限时，所述控制器控制水箱与集水管停止连通，并在太阳能集热管重新将水箱内液体温度加热至预设温度范围上限值时，控制器控制水箱与集水管进行连通；

21、s6、重复s3-s5中工作，直至所述控制箱不再接收到温控仪的信号。

22、可选的或优选的，s3中所述温控仪选择是否向控制箱发出信号的判断方法，包括以下步骤：

23、s31、当温控仪收到的实时温度数据的差值或差值的绝对值大于等于温控仪的预设判断值时，温控仪向控制箱发出信号；

24、s32、当温控仪收到的实时温度数据的差值或差值的绝对值小于温控仪的预设判断值时，温控仪不向控制箱发出信号。

25、基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

26、1.本装置通过埋设于桥墩墩身内部的热交换管实现桥墩结构与热交换液之间的热传递，采用热传递效率高的材质，快速有效地消除桥墩墩身正反两侧、上下两部分的温差，为高海拔地区大体积混凝土桥墩的开裂问题提供了有力的解决方案；

27、2.本发明可以实现桥墩混凝土温度的自平衡调节：ⅰ.温度监测组件监测桥墩各部分温度差并控制分水管与热交换管的液体循环，实现桥墩的温度控制；ⅱ.太阳能集热系统接收水箱的实时温度数据并根据光照方向实时调整太阳能集热管的角度；ⅲ.太阳能集热系统和温度监测组件内分别配置有信号发射器，支持远端控制室对装置进行动态监控和智能控制。以上三种技术针对传统消除桥墩温差方法的单一性，实现精准控温，更适用于高海拔地区的复杂环境；

28、3.在高海拔等太阳能资源丰富的地区，选择采用太阳能作为热源，解决由于桥墩光照不均匀等原因产生的桥墩温差问题，从能源供给低碳化以及终端用能清洁化双向发力，实现桥墩混凝土的温度自平衡，针对高海拔地区桥墩的温差消除问题提供了高效、节能、环保的新技术。