大体积混凝土导热系数反演分析

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1、第42卷第13期人民长江Vo1．42．NO．132011年7月YangtzeRiverJuly，2011文章编号：1001—4179(2011)13—0061—03大体积混凝土导热系数反演分析赵玉青，邱攀，邢振贤，王静(华北水利水电学院土木与交通学院，河南郑州450011)摘要：大体积混凝土的温度场计算一直是坝工混凝土设计和研究的重点。在分析坝体混凝土温度场时，不仅需要坝区的气温、水温资料，还需要知道坝体混凝土的热力学参数。介绍了大体积混凝土导热系数的反演分析原理和方法。结合江垭混凝土重力坝原型温度资料，利用最小二乘法原理建立数学模型，计算出该大坝大体积混凝土的导热系数。计算结果和实验室数据

2、很接近，表明反演分析方法是可信的。利用反演分析得到的导热系数，一方面可对已建工程进行实际安全度的评价；另一方面能对在建工程的设计、施工进行优化。具有一定的科学价值和广泛的应用前景。关键词：大体积混凝土；导热系数；反演分析；最小二乘法；监测资料中图法分类号：TV431文献标志码：A关于大体积混凝土，目前国内外尚无一个统一的对应的荷载、计算参数、边界条件、计算方法等还难以规定。现在的新观点认为所谓大体积混凝土是指结构精确模拟。因此开展大体积混凝土工程原位观测资料尺寸大到必须采取相应技术措施，妥善处理内外温度的反演分析研究是非常必要的。差值，合理解决温度应力的混凝土，一般在水工建筑物1基本原理和方

3、法里较为常见。大体积混凝土的温度场，一直是坝工混凝土设计对于坝体混凝土温度场，吴中如提出了用于描述和研究的重点。在分析坝体混凝土温度场时，不仅热传导过程的扩散方程：需要坝区的气温、水温资料，还需要知道坝体混凝土的：0[V(1)导热系数。对于重要的混凝土工程，导热系数一般都d￡是由温度实测资料求得，即通过在工程施工中埋设的式中，为导温系数，一般用靠近下游面1m以内的温混凝土温度计，收集混凝土温度观测资料，并依据原位度计的实测资料反演求．得。因此可以假设为一维问资料反演分析求得混凝土的导热系数。常规的分析方题，并且令气温按正弦曲线作周期性变化，则边界条件法是根据假定的参数计算混凝土内部温度值，反

4、演分为：析则是根据内部测点的温度值推求热学参数和边界参=0时，T(t)=Tmsintot(2)数。使用这种方法，即使在复杂的和不稳定环境中也式(1)满足边界条件(2)的解为：可以计算所需参数。(，t)=esin(t—)(3)以往的研究成果一般局限于常规混凝土，对大体式中，为计算点到坝面的距离，m；Tm为气温日变化积混凝土的研究还停留在有限的实验数据和常规分析的振幅，oC；为角频率，对于气温的日变化，=：；01方法上。除了大体积混凝土应用历史比较短外，最重要的原因在于大体积混凝土本身结构比较复杂，与之为混凝土的导温系数，m／h。收稿日期：2010—12～14基金项目：水利部澧水流域水利水电综合

5、开发公司资助项目(JY一服务一061／2003—002)作者简介：赵玉青，女，讲师，硕士，主要从事混凝土材料教学与研究工作。E—mail：bqyj925@163．eom62人民长江公式(2)可以变换成如下形式：土的导温系数，m／h；c为混凝土的IZ热，J／(kg·<12)；p(4)为混凝土的密度，kg／m。(，￡)=e—x腼sin(t一)~／2oJot2工程应用从公式(3)可以看出，距离坝面处混凝土温度变化的振幅为：下面以江垭混凝土重力坝的大体积混凝土温度监T=Te一(5)测资料为基础，反演计算混凝土的导热系数。江垭大，’一坝高131m，是澧水上具有控制性作用的第一期开发将∞=代人公式(4)

6、中，并对方程的两边取对二q-工程。大坝分成13个坝段，河床5～7号坝段为溢流数就得到导温系数为：坝段，0～4号坝段为右岸挡水坝段，8～12号坝段为左71岸挡水坝段。=0．131[x／ln()](6)』m选取其中的8号坝段为研究对象，在坝体1／2坝可以看出，在用式(6)计算导温系数时，只要知道高处、下游坝面O．8m范围内的不同深度处(2．8，坝面温度计的振幅和离坝面距离为的温度计的25．6，51．2，76．8em)埋设了5支温度计。其中温度计振幅，就可以计算出值。但由于气温和坝内温度T测量坝体表面温度即气温，如图l所示。选择有并不严格呈正弦曲线变化，为此需要将实测温度的日代表性的某一天温度实测

7、值来反演大体积混凝土的导变化过程化为等价正弦曲线。根据大量的温度计观测热系数。当天温度计T测得的坝面气温振幅为资料分析发现，温度日变幅与振幅有很好的线性关系，3．70'：12。其中已知大体积混凝土的比热C=1003．1因此可用实测温度日变幅代替振幅。J／(kg·℃)，表观密度为P=2396kg／m。参数计算过在计算导温系数时，假设坝面温度与气温相等，但程见表1。温度计埋设位置见图l。事实上在靠近坝面处存在着很