大体积混凝土温控防裂智能化温控关键技术
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发表时间:2018-05-25 13:29

成果名称:大体积混凝土温控防裂智能化温控关键技术

获奖情况:水力发电科学技术特等奖(2014年度)

任务来源:国家“十一五”科技支撑计划

水利部科技创新项目

水电水利规划设计总院

起止时间:200210月~201403

完成单位:中国水利水电科学研究院,北京木联能工程科技有限公司,

主要完成人:张国新、刘  毅、李松辉、张磊、刘有志、王振红、黄涛、胡平、杨萍、李玥、赵丽娜、马晓芳、刘玉、李金桃、周秋景、李海枫、朱新民、彭校初、李炳奇、邱永荣、崔炜、姜云辉

主要研究内容:

1)大体积混凝土防裂智能化温控理论方法。混凝土智能温控理念;大体积混凝土温控信息自动采集方法;大体积混凝土关键热力学参数反分析方法。

2)大体积混凝土关键热力学参数反分析方法。混凝土绝热温升反分析方法;导热系数反分析方法;放热系数反分析方法;线膨胀系数反分析方法。

3)大体积混凝土防裂智能化温控理论模型。混凝土理想温度控制曲线模型;②基于实时监测资料的混凝土温控效果评价模型;③混凝土温度过程预测模型;混凝土表面开裂风险预测预警模型;⑤混凝土智能通水反馈控制模型。

4)大体积混凝土温控防裂成套软件及硬件系统。①大体积混凝土温控信息采集关键技术与系统。②大容量混凝土温控信息的数据网络搭建技术与系统;③混凝土温控信息管理与温控实施评价关键技术与系统;④混凝土温度应力仿真分析与反分析系统;⑤混凝土温控防裂智能通水反馈控制关键技术与系统;⑥大体积混凝土智能保温关键技术与系统;⑦混凝土开裂风险实时预警关键技术与系统;⑧信息自动发布与干预关键技术与系统。

主要创新点:

1)首次提出了智能化温度控制的模式与架构。①提出了九三一温度控制模式;②提出了智能化温控整体架构,解决了感知什么、分析什么、控制什么,以及如何感知、如何分析、如何控制的问题。首先在在感知层面,提出了全过程全要素监控方法,提出了19个采集指标,发明了温度梯度监测方法及设备,实现了对四大致裂因素的有效监测;其次在分析层面,提出了基于统计分析的12项温控质量的评价指标及其阈值确定方法,以及基于全坝全过程仿真分析的开裂风险评估方法,发明了利用温度梯度监测值评价表面开裂风险的方法;最后在控制层面,提出了以超标报警、风险预警、决策支持、干预反馈、智能通水为主要内容的闭环控制方法,基于工程试验和应用,完善了智能化温控业主、设计、施工、监理、科研一体化控制的管理流程。

2)构建了智能化温控的三个关键模型。①个性化理想温度控制曲线模型,即在一定的温控标准下,考虑不同坝型特点和坝体不同分区,按照温度应力最小的原则从温差分级、降温速率、空间梯度控制等因素制定个性化温度控制曲线。②温度和流量预测预报模型,该模型可以预测未来温度变化,给出通水控制参数。包含内部发热、表面散热、相邻块传热、通水带热等因子,利用监测数据进行自学习和自修正,模型预测平均精度可以达到0.1℃以内。③温控效果评价模型,通过有限的8张表格和12张图形可以直观实时全面定量评价温控施工质量。

3)开发了智能化温控全套设备。①开发了适应大坝施工恶劣环境的数字式温度、水压、温度梯度、仓面小气候监测设备,成功实现海量温控数据的自动化采集;②开发了适应施工现场移动需求的便携式温度采集设备,基于GPS和蓝牙技术,实现了实时温度测量、测点定位、传输及入库;③开发了集RS485ZigBeeWIFI等多手段融合的大容量数据实时传输装置,可满足低温条件下(零下40℃)海量数据网络传输需求;④开发了高精度数字测控单元、流量测控装置、换向装置,可实现各类温度(内部温度、气温、水温等)、流量、流向的全自动化测控。

4)研发了智能化温控软件系统该系统拥有全部知识产权,实现了温控信息的自动获取和高效管理、开裂风险的实时评估和预警报警、温控施工的决策支持与干预反馈。

工程应用:

1)采用该技术应用于锦屏一级高拱坝的温控防裂。自2009年起,建成锦屏一级智能化温控系统,并开展长达5年的跟踪服务。对温控施工质量进行实时评价。系统最高温度超标报警130次,合格率96.7%;降温速率超标报警4954次,合格率98.7%。系统生成温控周报185份,为周例会提供决策支持。提交月报56份、专题报告25份,有效的支撑了大坝4.5m层厚浇筑,及时预警了整体倒悬坝趾开裂风险,并提出相应对策。201312月,大坝到顶,未发现危害性温度裂缝

2)采用该技术应用于干热河谷碾压混凝土重力坝的温控防裂,自2009年起,在四个坝段(10111519坝段)进行了应用数字监控,2个坝段进行了智能通水,系统持续稳定运行。采用该技术后,经中国水电顾问集团对该工程蓄水安全鉴定:全坝共发现裂缝46条,而实施智能化温控的4个坝段只发现1条裂缝,为15#坝段缺口低龄期、汛期过流所致。

3)采用该技术应用于雅鲁藏布江第一座混凝土坝藏木工程的温控防裂,共监控2个坝段,所监控坝段未见温度裂缝。

4)采用该技术可有效防止温度裂缝的产生,有效确保工程安全,防裂效益限制;同时可取代人力、节约用水、节省裂缝处理成本和时间,直接经济效益显著。

代表性图片

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入仓浇筑温度测试仪                            测控单元

测控装置

无线中继                         系统软件


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