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(jì)，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(shí)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(jì)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(gè)模塊，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤并分析施工過程中混凝土的溫度和應(yīng)力變化，及時(shí)了解當(dāng)前的溫度和應(yīng)力并對今后的溫度和應(yīng)力進(jìn)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(gè)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(yùn)行期出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫的例子，有的工程因此延誤工期達(dá)數(shù)年之久，被迫推遲蓄水發(fā)電；有的大壩因?yàn)榱芽p嚴(yán)重影響安全和正常使用，甚至報(bào)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(yùn)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(qiáng)混凝土溫度的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)了解當(dāng)前施工情況并對今后情況進(jìn)行預(yù)測，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(shí)跟蹤并分析施工過程中混凝土的溫度和應(yīng)力變化，及時(shí)了解當(dāng)前的溫度和應(yīng)力并對今后的溫度和應(yīng)力進(jìn)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(jì)，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(shí)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(shí)現(xiàn)，應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)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(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)功能的邏輯實(shí)體，這些邏輯實(shí)體在實(shí)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)算程序需要的數(shù)據(jù)文件；
[0011]仿真計(jì)算模塊通過調(diào)用SapTis仿真計(jì)算軟件在各層的計(jì)算平臺進(jìn)行溫度應(yīng)力的計(jì)算;
[0012]反分析模塊對混凝土當(dāng)前溫度進(jìn)行反饋分析，根據(jù)設(shè)定的反分析溫度誤差進(jìn)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(jì)算結(jié)果，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的可視化、直觀化展示，并根據(jù)安全系數(shù)值進(jìn)行安全預(yù)警。
[0014]通過采用本發(fā)明的三層架構(gòu)和四個(gè)模塊，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤并分析施工過程中混凝土的溫度和應(yīng)力變化，及時(shí)了解當(dāng)前的溫度和應(yīng)力并對今后的溫度和應(yīng)力進(jìn)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(gè)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(shí)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(jì)，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(shí)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(shí)現(xiàn)，應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)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(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)功能的邏輯實(shí)體，這些邏輯實(shí)體在實(shí)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)算需要的數(shù)據(jù)文件；
[0023]仿真計(jì)算模塊通過調(diào)用SapTis仿真計(jì)算軟件在各層的計(jì)算平臺進(jìn)行溫度應(yīng)力的計(jì)算;
[0024]反分析模塊對混凝土當(dāng)前溫度進(jìn)行反饋分析，根據(jù)設(shè)定的反分析溫度誤差進(jìn)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(jì)算結(jié)果，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的可視化、直觀化展示，并根據(jù)安全系數(shù)值進(jìn)行安全預(yù)警。
[0026]通過采用本發(fā)明的三層架構(gòu)和四個(gè)模塊，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤并分析施工過程中混凝土的溫度和應(yīng)力變化，及時(shí)了解當(dāng)前的溫度和應(yīng)力并對今后的溫度和應(yīng)力進(jìn)行預(yù)測。
[0027]優(yōu)選地，SapTis仿真計(jì)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(jì)算輔助信息control文件。[0028]優(yōu)選地，仿真計(jì)算模塊進(jìn)行如下步驟:首先將數(shù)據(jù)采集分析模塊中形成的9個(gè)數(shù)據(jù)文件以及SapTis可執(zhí)行程序打包，將此包以計(jì)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(jì)算模式，計(jì)算模式通過表現(xiàn)層數(shù)據(jù)管理界面進(jìn)行設(shè)置，并且將計(jì)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(shí)刻確定，每倉混凝土采用倉中間和靠近倉上游面的兩個(gè)點(diǎn)的實(shí)測溫度過程為依據(jù)，每天一個(gè)溫度測值，冷卻過程根據(jù)溫度過程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)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(shí)刻主要是實(shí)測溫度過程各轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)刻，包括最高溫度出現(xiàn)時(shí)刻、一期冷卻末時(shí)刻、中期冷卻開始時(shí)刻、中期冷卻結(jié)束時(shí)刻、二期冷卻開始時(shí)刻、二期冷卻結(jié)束時(shí)刻以及其他溫度曲線有轉(zhuǎn)折時(shí)刻，各冷卻過程的平均誤差為±0.5°C，各歷史關(guān)鍵時(shí)刻的誤差為± 0.5 °C，每次反饋計(jì)算需同時(shí)滿足這兩個(gè)誤差要求反饋計(jì)算才結(jié)束。
[0030]圖2是一個(gè)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(jì)算的誤差判斷是否需要調(diào)整溫控參數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行仿真計(jì)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(dá)到最高溫度時(shí)刻，D2為達(dá)到一期冷卻目標(biāo)溫度時(shí)刻，D3為達(dá)到中期冷卻目標(biāo)溫度時(shí)刻，D4為控溫結(jié)束時(shí)刻。優(yōu)選地，各個(gè)冷卻階段的誤差采用公式(I)~(4)計(jì)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(jì)，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(shí)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(shí)現(xiàn)，應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)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(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)功能的邏輯實(shí)體，這些邏輯實(shí)體在實(shí)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)算需要的數(shù)據(jù)文件； 仿真計(jì)算模塊通過調(diào)用SapTis仿真計(jì)算軟件在各層的計(jì)算平臺進(jìn)行溫度應(yīng)力的計(jì)算； 反分析模塊對混凝土當(dāng)前溫度進(jìn)行反饋分析，根據(jù)設(shè)定的反分析溫度誤差進(jìn)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(jì)算結(jié)果，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的可視化、直觀化展示，并根據(jù)安全系數(shù)值進(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)算模塊進(jìn)行如下步驟:首先將數(shù)據(jù)采集分析模塊中形成的9個(gè)數(shù)據(jù)文件以及SapTis可執(zhí)行程序打包，將此包以計(jì)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(jì)算模式，計(jì)算模式通過表現(xiàn)層數(shù)據(jù)管理界面進(jìn)行設(shè)置，并且將計(jì)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(shí)刻確定，每倉混凝土采用倉中間和靠近倉上游面的兩個(gè)點(diǎn)的實(shí)測溫度過程為依據(jù)，每天一個(gè)溫度測值，冷卻過程根據(jù)溫度過程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)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(shí)刻主要是實(shí)測溫度過程各轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)刻，包括最高溫度出現(xiàn)時(shí)刻、一期冷卻末時(shí)刻、中期冷卻開始時(shí)刻、中期冷卻結(jié)束時(shí)亥IJ、二期冷卻開始時(shí)亥IJ、二期冷卻結(jié)束時(shí)刻以及其他溫度曲線有轉(zhuǎn)折時(shí)刻，各冷卻過程的平均誤差為±0.5°C，各歷史關(guān)鍵時(shí)刻的誤差為±0.5°C，每次反饋計(jì)算需同時(shí)滿足這兩個(gè)誤差要求反饋計(jì)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(gè)冷卻階段的誤差采用公式(1)~(4)計(jì)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(shí)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(shí)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(dá)標(biāo)位置坐標(biāo)信息并在表示層進(jìn)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(gè)時(shí)刻的安全系數(shù)以曲線的形式表達(dá)，曲線圖橫坐標(biāo)為時(shí)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(dá)各個(gè)部位各個(gè)時(shí)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(shí)體或者某個(gè)切面的所有點(diǎn)的安全系數(shù)以等值線的方式表達(dá)，安全系數(shù)包絡(luò)圖用于表達(dá)研究對象某個(gè)時(shí)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(shí)體或者某個(gè)切面的所有點(diǎn)的安全系數(shù)通過顏色的差別以云圖的方式表達(dá)，安全系數(shù)云圖用于表達(dá)研究對象某個(gè)時(shí)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