一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法
【专利摘要】一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法，该方法包括以下步骤：1）埋设分布式测温光纤并测量获得高拱坝典型坝段顺河向实测温度；2）计算实测温度相应的各阶矩的值；3）采用多项式表示高拱坝典型坝段顺河向等效温度，得到高拱坝典型坝段顺河向各阶矩等效温度的分布函数；4）根据步骤3）所得的各阶矩等效温度的分布函数绘制图形，即获得高拱坝实际温度荷载反馈。本发明提供的一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法，基于矩法和分布式光纤测温相结合，扩充了当前拱坝设计规范中采用线性化等效温度的概念，充分利用分布式光纤测温线测温和实时在线测温的优势，测量获得典型坝段顺河向温度分布，克服现有采用点温度计测量的温度信息小的缺点。
【专利说明】一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大坝信息数据反馈领域，尤其是一种高拱坝实际温度荷载反馈的方 法。
【背景技术】
[0002] 温度荷载是拱坝的主要设计荷载之一，它是拱坝接缝灌浆后坝体的准稳定温度场 与封拱时的温度场之间的温差产生的荷载。由于拱坝的温度场为时间的函数，从坝体灌浆 到水库正常运行，坝内温度不断变化。现有拱坝设计规范（SL282-2003) -般采用封拱温 度、运行期年平均温度场和运行期变化温度场等3个特征温度场的全截面线性等效温度来 计算拱坝的温度荷载。
[0003] Tffl =Tffll+Tffl2-Tffl0
[0004] Td =Tdl+Td2-Td0
[0005] Tm、Tml、Tm2、Tm(l均为截面平均温度；Td、Tdl、Td2、Td(l均为截面等效线性温差。
[0006] 由于等效线性温度并非真实温度，而是虚拟温度，虽然在直线法假设下，其力学作 用与真实温度等效，但忽略不计的非线性温度变化是引起坝体表面裂缝的重要原因。
[0007] 由于拱坝温度荷载与封拱温度、环境气温、库水水温等关系密切，实际温度荷载难 免与设计温度荷载存在一定差异。基于拱坝实测温度反馈温度荷载是一个重要的研究课 题。目前一般采用点式温度计进行混凝土坝温度监测，例如，混凝土坝安全监测技术规范 (DL/T5178-2003)9. 2. 10条款指出"在拱坝监测坝段，根据坝高不同可布设3个-7个监测断 面。在断面和中心断面的每一条交线上可布置3个一5个测点。"显然，由于传统点式温度 计监测的信息量少，导致难以进行合理有效的拱坝温度荷载反馈。例如吴中如等基于实测 温度对拱坝温度荷载中的平均温度进行了反馈，并与美国垦务局公式（截面平均温度经验 公式）进行了对比。吴中如等采用的实测温度仅为测温断面若干支点式温度计测值，由于 实测温度信息少，这一定程度影响实际温度荷载反馈的精度。分布式光纤具有线监测和实 时在线监测的优势，只要把分布式光纤埋设在混凝土浇筑仓内，即可快速、连续地监测光纤 传感网络沿程的温度值，这样采用分布式光纤测温可以直观、方便地获得坝体灌浆到水库 正常运行顺河向温度分布值。目前，分布式光纤测温系统在三峡、百色、小湾、光照、溪洛渡 等工程得到应用。但目前基于分布式光纤测温进行高拱坝实际温度荷载的反馈尚未报导。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法，基于矩 法和分布式光纤测温相结合，扩充了当前规范中采用线性化等效温度的概念，充分利用分 布式光纤测温线测温和实时在线测温的优势，测量获得典型坝段顺河向温度分布，克服现 有采用点温度计测量的温度信息小的缺点。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高拱坝实际温度荷载反 馈的方法，该方法包括以下步骤：
[0010] 1)选取高拱坝典型坝段，埋设分布式测温光纤并测量获得高拱坝典型坝段顺河向 实测温度；
[0011] 2)基于矩法，计算步骤1)所得的高拱坝典型坝段顺河向实测温度相应的各阶矩 的值；
[0012] 3)采用多项式表示高拱坝典型坝段顺河向等效温度，根据高拱坝典型坝段顺河 向等效温度的各阶矩与步骤2)所得的高拱坝典型坝段顺河向实测温度相应的各阶矩相等 这一原理，确定多项式的系数，进而得到高拱坝典型坝段顺河向各阶矩等效温度的分布函 数；
[0013] 4)根据步骤3)所得的各阶矩等效温度的分布函数绘制图形，分析评价高拱坝典 型坝段实际温度荷载的变化规律，即获得高拱坝实际温度荷载反馈。
[0014] 步骤1)中，高拱坝典型坝段为：拱冠梁坝段或左右1/4拱坝段。
[0015] 步骤1)中，在高拱坝典型坝段，埋设分布式测温光纤的方法为：全截面顺河向埋 设分布式测温光纤或上下游半仓交错式顺河向埋设分布式测温光纤。
[0016] 当现场施工条件（例如大坝现场采用平铺法浇筑混凝土等）允许时，采用图1所 示的方式全截面顺河向埋设分布式测温光纤，即距上游面lm上引双股光纤和距下游面lm 上引双股光纤，顺河向埋设光纤也采用双股光纤。
[0017] 当现场施工条件（例如大坝现场采用台阶法浇筑混凝土等）不允许时，则采用图 2所示的方式上下游半仓交错式顺河向埋设分布式测温光纤，即距上游面lm上引双股光纤 和距下游面lm上引双股光纤，顺河向埋设光纤也采用双股光纤。
[0018] 步骤2)是基于矩法计算得到分布式光纤顺河向实测温度相应的各阶矩。
[0019] 矩法原理如下：
[0020] 矩法同伽辽金法相似，属于加权余量的一种。矩法采用一个完备的函数集作为权 函数，一般取权函数为l，X，x2，x3,…，假设T(x)为任意函数，则T(x)的各阶矩为
[0021]
【权利要求】
1. 一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 1) 选取高拱坝典型坝段，埋设分布式测温光纤并测量获得高拱坝典型坝段顺河向实测 温度； 2) 基于矩法，计算步骤1)所得的高拱坝典型坝段顺河向实测温度相应的各阶矩的值； 3) 采用多项式表示高拱坝典型坝段顺河向等效温度，根据高拱坝典型坝段顺河向等效 温度的各阶矩与步骤2)所得的高拱坝典型坝段顺河向实测温度相应的各阶矩相等这一原 理，确定多项式的系数，进而得到高拱坝典型坝段顺河向各阶矩等效温度的分布函数； 4) 根据步骤3)所得的各阶矩等效温度的分布函数绘制图形，分析评价高拱坝典型坝 段实际温度荷载的变化规律，即获得高拱坝实际温度荷载反馈。
2. 根据权利要求1所述的一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法，其特征在于步骤1) 中，高拱坝典型坝段为：拱冠梁坝段或左右1/4拱坝段。
3. 根据权利要求1所述的一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法，其特征在于步骤1) 中，在高拱坝典型坝段，埋设分布式测温光纤的方法为：全截面顺河向埋设分布式测温光纤 或上下游半仓交错式顺河向埋设分布式测温光纤。
4. 根据权利要求1所述的一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法，其特征在于步骤2)高 拱坝典型坝段顺河向实测温度相应的各阶矩的值的计算方法为：将分布式光纤顺河向实测 温度沿X轴分成若干段A Xl、Ax2、…、Λ Xn，由式（1)，基于实测温度计算获得高拱坝典型 坝段顺河向实测温度相应的各阶矩的值〇阶矩、1阶矩、2阶矩、3阶矩、…、η阶矩，
5. 根据权利要求1所述的一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法，其特征在于步骤3) 中： 设实际的温度分布为T(X)，表示高拱坝典型坝段顺河向等效温度的多项式为 T (χ) = + α{χ + a2x2 + a3x3 H-，贝Ij M0 = / IT (X) dx，M1 = / xT (X) dx，M2 = / X2T (X) dx，... (4) 令等效温度π.\·)与实际温度too满足矩等效条件式（3)
通过求解线性方程组确定系数％，ai，a2, a3…的值，从而可得到各阶矩等效温度的分布 函数忍(X)、乃(.\-)、5(.\·)、Γ3(χ)…。
6.根据权利要求1所述的一种高拱坝实际温度荷载反馈的方法，其特征在于步骤4) 中，根据各阶矩等效温度的分布函数绘制图形为：等效温度或实测温度各阶矩随时间变化 过程曲线以及典型时刻等效温度的分布图。
【文档编号】E02B7/12GK104233997SQ201410522112
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】黄耀英, 魏晓斌, 李洋波 申请人:三峡大学