一種用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，該方法采用三層B/S架構(gòu)設(shè)計，其中：第一層，表現(xiàn)層：為數(shù)據(jù)采集層；第二層，應(yīng)用層：包括WEB服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器以及中間件技術(shù)的實現(xiàn)；第三層，數(shù)據(jù)層：存放并管理各種信息，采用SQLserver數(shù)據(jù)庫；該架構(gòu)具有數(shù)據(jù)采集分析模塊、仿真計算模塊、反分析模塊、后處理分析預(yù)警模塊。通過采用本發(fā)明的三層架構(gòu)和四個模塊，能夠?qū)崟r跟蹤并分析施工過程中混凝土的溫度和應(yīng)力變化，及時了解當(dāng)前的溫度和應(yīng)力并對今后的溫度和應(yīng)力進行預(yù)測。
【專利說明】一種用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利水電工程的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地涉及一種用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水利水電工程正朝著大規(guī)模方向發(fā)展，施工手段多樣，施工速度快，但施工過程中混凝土的裂縫是一個帶有普遍性的問題，因此有“無壩不裂”的說法。國際國內(nèi)都有不少施工期或運行期出現(xiàn)嚴重裂縫的例子，有的工程因此延誤工期達數(shù)年之久，被迫推遲蓄水發(fā)電；有的大壩因為裂縫嚴重影響安全和正常使用，甚至報廢。在大壩裂縫事故中，大部分是由溫度應(yīng)力引起，尤其是施工期內(nèi)的裂縫，更是如此。
[0003]目前為止，大壩施工期和運行早期的裂縫問題，主要是通過施工期的溫度控制解決，因此，在混凝土壩施工中，加強混凝土溫度的實時監(jiān)控和科學(xué)管理分析是十分必要的。為了保障施工質(zhì)量，實時跟蹤并分析施工過程中混凝土大壩溫度過程和應(yīng)力變化，及時了解當(dāng)前施工情況并對今后情況進行預(yù)測，可以及時發(fā)現(xiàn)問題，及時采取措施，調(diào)整施工方案，對確保工程質(zhì)量是相當(dāng)有指導(dǎo)意義的。但是，由于施工過程的模擬很復(fù)雜等原因，很難實現(xiàn)實時的溫度應(yīng)力分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其能夠?qū)崟r跟蹤并分析施工過程中混凝土的溫度和應(yīng)力變化，及時了解當(dāng)前的溫度和應(yīng)力并對今后的溫度和應(yīng)力進行預(yù)測。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:這種用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，該方法采用三層B/S架構(gòu)設(shè)計，其中:
[0006]第一層，表現(xiàn)層:為數(shù)據(jù)采集層，以網(wǎng)頁的形式分布，系統(tǒng)管理界面、數(shù)據(jù)管理、成果的圖表展示、預(yù)警信息，表現(xiàn)層將系統(tǒng)的操作界面與系統(tǒng)的功能實現(xiàn)分離開來；
[0007]第二層，應(yīng)用層:包括WEB服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器以及中間件技術(shù)的實現(xiàn)，應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)層是系統(tǒng)的核心部分，它接收來自表現(xiàn)層的功能請求，是實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)功能的邏輯實體，這些邏輯實體在實現(xiàn)上表現(xiàn)為數(shù)據(jù)庫的觸發(fā)器及存儲過程、SapTis仿真計算組件、反分析控制組件及結(jié)果處理組件；
[0008]第三層，數(shù)據(jù)層:存放并管理各種信息，采用SQLServer數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)源的訪問，是系統(tǒng)訪問其它數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一接口 ；
[0009]該架構(gòu)具有數(shù)據(jù)采集分析模塊、仿真計算模塊、反分析模塊、后處理分析預(yù)警模塊，其中:
[0010]數(shù)據(jù)采集分析模塊通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)獲取指定數(shù)據(jù)，并將指定數(shù)據(jù)處理分析，形成SapTis仿真計算程序需要的數(shù)據(jù)文件；
[0011]仿真計算模塊通過調(diào)用SapTis仿真計算軟件在各層的計算平臺進行溫度應(yīng)力的計算;
[0012]反分析模塊對混凝土當(dāng)前溫度進行反饋分析，根據(jù)設(shè)定的反分析溫度誤差進行相關(guān)參數(shù)調(diào)整，直到滿足誤差要求；
[0013]后處理分析預(yù)警模塊從數(shù)據(jù)庫讀取計算結(jié)果，對計算結(jié)果進行分析和處理，實現(xiàn)計算結(jié)果的可視化、直觀化展示，并根據(jù)安全系數(shù)值進行安全預(yù)警。
[0014]通過采用本發(fā)明的三層架構(gòu)和四個模塊，能夠?qū)崟r跟蹤并分析施工過程中混凝土的溫度和應(yīng)力變化，及時了解當(dāng)前的溫度和應(yīng)力并對今后的溫度和應(yīng)力進行預(yù)測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2示出了一個標(biāo)準(zhǔn)的溫度過程曲線，只有一期冷卻和中期冷卻。
【具體實施方式】
[0017]這種用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析方法，該方法采用三層B/S架構(gòu)設(shè)計，其中:
[0018]第一層，表現(xiàn)層:為數(shù)據(jù)采集層，以網(wǎng)頁的形式分布，系統(tǒng)管理界面、數(shù)據(jù)管理、成果的圖表展示、預(yù)警信息，表現(xiàn)層將系統(tǒng)的操作界面與系統(tǒng)的功能實現(xiàn)分離開來；
[0019]第二層，應(yīng)用層:包括WEB服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器以及中間件技術(shù)的實現(xiàn)，應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)層是系統(tǒng)的核心部分，它接收來自表現(xiàn)層的功能請求，是實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)功能的邏輯實體，這些邏輯實體在實現(xiàn)上表現(xiàn)為數(shù)據(jù)庫的觸發(fā)器及存儲過程、SapTis仿真計算組件、反分析控制組件及結(jié)果處理組件；
[0020]第三層，數(shù)據(jù)層:存放并管理各種信息，采用SQLServer數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)源的訪問，是系統(tǒng)訪問其它數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一接口 ；
[0021]該架構(gòu)具有數(shù)據(jù)采集分析模塊、仿真計算模塊、反分析模塊、后處理分析預(yù)警模塊，其中:
[0022]數(shù)據(jù)采集分析模塊通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)獲取指定數(shù)據(jù)，并將指定數(shù)據(jù)處理分析，形成SapTis仿真計算需要的數(shù)據(jù)文件；
[0023]仿真計算模塊通過調(diào)用SapTis仿真計算軟件在各層的計算平臺進行溫度應(yīng)力的計算;
[0024]反分析模塊對混凝土當(dāng)前溫度進行反饋分析，根據(jù)設(shè)定的反分析溫度誤差進行相關(guān)參數(shù)調(diào)整，直到滿足誤差要求；
[0025]后處理分析預(yù)警模塊從數(shù)據(jù)庫讀取計算結(jié)果，對計算結(jié)果進行分析和處理，實現(xiàn)計算結(jié)果的可視化、直觀化展示，并根據(jù)安全系數(shù)值進行安全預(yù)警。
[0026]通過采用本發(fā)明的三層架構(gòu)和四個模塊，能夠?qū)崟r跟蹤并分析施工過程中混凝土的溫度和應(yīng)力變化，及時了解當(dāng)前的溫度和應(yīng)力并對今后的溫度和應(yīng)力進行預(yù)測。
[0027]優(yōu)選地，SapTis仿真計算需要的數(shù)據(jù)文件包括網(wǎng)格信息文件mesh, sap、澆筑信息文件sup-step.sap、材料參數(shù)信文件els-para.sap、冷卻信息文件temp-para.sap、邊界條件信息文件temp_bdy3.sap、水溫文件temp-water.sap、縫單元信息文件joint-mesh.sap、灌衆(zhòng)信息文件grouting-step.sap、計算輔助信息control文件。[0028]優(yōu)選地，仿真計算模塊進行如下步驟:首先將數(shù)據(jù)采集分析模塊中形成的9個數(shù)據(jù)文件以及SapTis可執(zhí)行程序打包，將此包以計算任務(wù)的方式提交到中間層的應(yīng)用服務(wù)器上，應(yīng)用服務(wù)器采用串行和并行兩種計算模式，計算模式通過表現(xiàn)層數(shù)據(jù)管理界面進行設(shè)置，并且將計算結(jié)果傳遞給反分析模塊或者存儲到數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)庫中。
[0029]優(yōu)選地，反分析溫度誤差根據(jù)混凝土本身的冷卻過程以及歷史關(guān)鍵時刻確定，每倉混凝土采用倉中間和靠近倉上游面的兩個點的實測溫度過程為依據(jù)，每天一個溫度測值，冷卻過程根據(jù)溫度過程的轉(zhuǎn)折點分為一期冷卻溫升階段、一期冷卻降溫階段、一期冷卻控溫階段、中期冷卻降溫階段、中期冷卻控溫階段、二期冷卻降溫階段、二期冷卻控溫階段等，歷史關(guān)鍵時刻主要是實測溫度過程各轉(zhuǎn)折點時刻，包括最高溫度出現(xiàn)時刻、一期冷卻末時刻、中期冷卻開始時刻、中期冷卻結(jié)束時刻、二期冷卻開始時刻、二期冷卻結(jié)束時刻以及其他溫度曲線有轉(zhuǎn)折時刻，各冷卻過程的平均誤差為±0.5°C，各歷史關(guān)鍵時刻的誤差為± 0.5 °C，每次反饋計算需同時滿足這兩個誤差要求反饋計算才結(jié)束。
[0030]圖2是一個標(biāo)準(zhǔn)的溫度過程曲線，只有一期冷卻和中期冷卻，那么反饋分析子系統(tǒng)需要根據(jù)每次仿真計算的誤差判斷是否需要調(diào)整溫控參數(shù)，繼續(xù)進行仿真計算。圖中Tm為最高溫度，Tcl為一期冷卻目標(biāo)溫度，Tc2為中期冷卻目標(biāo)溫度，Dl為達到最高溫度時刻，D2為達到一期冷卻目標(biāo)溫度時刻，D3為達到中期冷卻目標(biāo)溫度時刻，D4為控溫結(jié)束時刻。優(yōu)選地，各個冷卻階段的誤差采用公式(I)~(4)計算，
【權(quán)利要求】
1.一種用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于:該方法采用三層B/S架構(gòu)設(shè)計，其中: 第一層，表現(xiàn)層:為數(shù)據(jù)采集層，以網(wǎng)頁的形式分布，系統(tǒng)管理界面、數(shù)據(jù)管理、成果的圖表展示、預(yù)警信息，表現(xiàn)層將系統(tǒng)的操作界面與系統(tǒng)的功能實現(xiàn)分離開來； 第二層，應(yīng)用層:包括WEB服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器以及中間件技術(shù)的實現(xiàn)，應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)層是系統(tǒng)的核心部分，它接收來自表現(xiàn)層的功能請求，是實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)功能的邏輯實體，這些邏輯實體在實現(xiàn)上表現(xiàn)為數(shù)據(jù)庫的觸發(fā)器及存儲過程、SapTis仿真計算組件、反分析控制組件及結(jié)果處理組件； 第三層，數(shù)據(jù)層:存放并管理各種信息，采用SQLServer數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)源的訪問，是系統(tǒng)訪問其它數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一接口 ； 該架構(gòu)具有數(shù)據(jù)采集分析模塊、仿真計算模塊、反分析模塊、后處理分析預(yù)警模塊，其中: 數(shù)據(jù)采集分析模塊通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)獲取指定數(shù)據(jù)，并將指定數(shù)據(jù)處理分析，形成SapTis仿真計算需要的數(shù)據(jù)文件； 仿真計算模塊通過調(diào)用SapTis仿真計算軟件在各層的計算平臺進行溫度應(yīng)力的計算； 反分析模塊對混凝土當(dāng)前溫度進行反饋分析，根據(jù)設(shè)定的反分析溫度誤差進行相關(guān)參數(shù)調(diào)整，直到滿足誤差要求； 后處理分析預(yù)警模塊從數(shù)據(jù)庫讀取計算結(jié)果，對計算結(jié)果進行分析和處理，實現(xiàn)計算結(jié)果的可視化、直觀化展示，并根據(jù)安全系數(shù)值進行安全預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于=SapTis仿真計算需要的數(shù)據(jù)文件包括網(wǎng)格信息文件mesh, sap、澆筑信息文件sup-step.sap、材料參數(shù)信文件els-para.sap、冷卻信息文件temp-para.sap、邊界條件信息文件temp_bdy3.sap、水溫文件temp-water.sap、縫單元信息文件joint-mesh.sap、灌衆(zhòng)信息文件grouting-step.sap、計算輔助信息control文件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于:仿真計算模塊進行如下步驟:首先將數(shù)據(jù)采集分析模塊中形成的9個數(shù)據(jù)文件以及SapTis可執(zhí)行程序打包，將此包以計算任務(wù)的方式提交到中間層的應(yīng)用服務(wù)器上，應(yīng)用服務(wù)器采用串行和并行兩種計算模式，計算模式通過表現(xiàn)層數(shù)據(jù)管理界面進行設(shè)置，并且將計算結(jié)果傳遞給反分析模塊或者存儲到數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)庫中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于:反分析溫度誤差根據(jù)混凝土本身的冷卻過程以及歷史關(guān)鍵時刻確定，每倉混凝土采用倉中間和靠近倉上游面的兩個點的實測溫度過程為依據(jù)，每天一個溫度測值，冷卻過程根據(jù)溫度過程的轉(zhuǎn)折點分為一期冷卻溫升階段、一期冷卻降溫階段、一期冷卻控溫階段、中期冷卻降溫階段、中期冷卻控溫階段、二期冷卻降溫階段、二期冷卻控溫階段等，歷史關(guān)鍵時刻主要是實測溫度過程各轉(zhuǎn)折點時刻，包括最高溫度出現(xiàn)時刻、一期冷卻末時刻、中期冷卻開始時刻、中期冷卻結(jié)束時亥IJ、二期冷卻開始時亥IJ、二期冷卻結(jié)束時刻以及其他溫度曲線有轉(zhuǎn)折時刻，各冷卻過程的平均誤差為±0.5°C，各歷史關(guān)鍵時刻的誤差為±0.5°C，每次反饋計算需同時滿足這兩個誤差要求反饋計算才結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于: 各個冷卻階段的誤差采用公式(1)~(4)計算，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于:后處理分析預(yù)警模塊通過內(nèi)嵌后處理程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的可視化輸出，通過批處理命令實現(xiàn)后處理圖表的自動生成，通過網(wǎng)頁內(nèi)嵌圖形模塊實現(xiàn)在系統(tǒng)中顯示，并且將各部位安全系數(shù)與設(shè)定的允許安全系數(shù)對比，輸出安全系數(shù)不達標(biāo)位置坐標(biāo)信息并在表示層進行預(yù)目O
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于:通過網(wǎng)頁內(nèi)嵌圖形模塊在系統(tǒng)中顯示溫度過程曲線、應(yīng)力過程曲線、安全系數(shù)過程曲線、最高和最低溫度包絡(luò)圖及云圖、最大和最小應(yīng)力包絡(luò)圖及云圖、安全系數(shù)包絡(luò)圖和云圖、典型位置溫度和應(yīng)力對比表。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于:安全系數(shù)為當(dāng)前應(yīng)力同允許應(yīng)力的比值，安全系數(shù)過程曲線是將各個時刻的安全系數(shù)以曲線的形式表達，曲線圖橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為安全系數(shù)值，安全系數(shù)過程曲線用于表達各個部位各個時刻的安全系數(shù)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于:安全系數(shù)為當(dāng)前應(yīng)力同允許應(yīng)力的比值，安全系數(shù)包絡(luò)圖是將研究對象的整體、局部實體或者某個切面的所有點的安全系數(shù)以等值線的方式表達，安全系數(shù)包絡(luò)圖用于表達研究對象某個時刻或者某種狀態(tài)的安全系數(shù)值的分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于混凝土壩防裂的溫度應(yīng)力分析和反分析方法，其特征在于:安全系數(shù)為當(dāng)前應(yīng)力同允許應(yīng)力的比值，安全系數(shù)云圖是將研究對象的整體、局部實體或者某個切面的所有點的安全系數(shù)通過顏色的差別以云圖的方式表達，安全系數(shù)云圖用于表達研究對象某個時刻 或者某種狀態(tài)的安全系數(shù)的分布。
【文檔編號】G06F17/50GK103593502SQ201310484860
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】張磊, 張國新, 楊萍, 劉毅, 劉有志, 黃濤, 李松輝, 王振紅, 趙麗娜 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院