混凝土大坝分布式温度监测系统应用研究.pdf
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1、水利水电技术第 4 5卷2 O l 4年第2期 混凝 土大坝分布式温度监测 系统应用研 究 叶志强 ,焦生杰 ,张亚川 ,叶 敏 ( 长安大学 工程机械学院,陕西 西安7 1 0 0 6 4 ) 摘要 :为确保混凝土坝施工初期和运行期的质量安全 ,设计 了分布式温度监测系统。通过监测到的 温度数据,详 细分析 了坝体的温度分布情况。测试结果表明传感器存 活率达到 9 0 以上 ,所采集数 据可全面反映混凝土坝体的温度分布,验证 了系统的有效性和可靠性。该温度监控 系统可广泛应用于 水 电站大坝温度监测 ,为大坝安全性评估提供 可靠的依据。 关键词 :温度监测;混凝土坝 ;温度传感器;存活率 中
2、图分类号 :T V 6 9 8 1 文献标识码 :B 文章编号 :1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 1 2 9 0 6 Re s e a r c h o n a ppl i c a t i o n o f di s t r i bu t e d t e mpe r a t u r e m o n i t o r i ng s ys t e m t o c o n c r e t e d am Y E Z h i q i a n g ,J I A O S h e n i e ,Z H A N G Y a c h u a n ,Y E Mi n ( C o n s
3、 t r u c t i o n Ma c h i n e r y S c h o o l ,C h a n g a n U n i v e r s i t y ,X i a n 7 1 0 0 6 4,S h a a n x i ,C h i n a ) Ab s t r a c t :T o e n s u r e t h e q u a l i t y s a f e t y o f c o n c r e t e d a m d u r i n g i t s i n i t i a l p e r i o d o f c o n s t ruc t i o n a n d o p e
4、 r a t i o n p e r i o d , a d i s t r i b u t e d t e mp e r a t u r e mo n i t o r i n g s y s t e m i s d e s i g n e d Ba s e d o n t h e me a s u r e d d a t a o f t h e t e mp e r a t u r e , t h e t e mp e r a t u r e d i s t r i b u t i o n o f t h e d a m bo d y i s a na l y s e d i n d e t
5、 a i l Th e t e s t r e s u l t s h o ws t h a t t h e s ur v i v a l r a t e o f t h e s e ns o r s r e a c h e s o v e r 9 0a n d t h e d a t a c o l l e c t e d c a n r e fle c t t h e t e mp e r a t u r e d i s t r i b u t i o n o f c o n c r e t e da m b o d y c o mpl e t e l y, wh i l e t h e
6、e f f e c t i v e n e s s a n d r e l i a b i l i t y o f t h e s y s t e rn a r e c e r t i fie d a s we l 1 Thi s t e mpe r a t u r e mo ni t o r i n g s y s t e m c a n b e wi d e l y a pp l i e d t o t he t e mpe r a t u r e mo ni t o r i n g o f t h e d a m f o r h y d r o p o w e r p r o j e c
7、 t a n d p r o v i d e a r e l i a b l e s c i e n t i fi c b a s i s f o r t h e s a f e t y a s s e s s m e n t o n d a m Ke y wo r d s : t e mp e r a t u r e mo n i t o rin g ;c o n c r e t e d a m ;t e mp e r a t u r e s e n s o r ;s u r v i v a l r a t e 1 引言 在水电站混凝土大坝施工过程 中,混凝土浇筑时 凝 固释放的大量水化热不
8、易散发 ,致使大坝内部温度 迅速上升。当坝体 内外温差达到一定程度时 ,就会产 生温度应力,进而导致大坝产生裂缝 ,削弱大坝结构 的稳定性 。因此 ,合理 的温度监测 和控制是保证 大坝施工质量的关键 因素 。通过对采集到的大坝温度 信息进行整理 ,可以全面了解坝体各个部位的温度变 化过程 ,为以后工程 的施工提供有益的帮助,具有重 大工程意义。 目前国内外大多采用光栅光纤温度采集 系统,但光栅光纤传感器存活率不高,可靠性差。施 工初期采集温度数据较全面 ,但在大坝运行维护期经 常造成大坝温度数据丢失 ,难 以保证大坝温度场分布 的完整性 。本文基于施工对象 的水文气象条件 , 提出基于差阻式
9、温度计的分布式温度监测系统 ,通过 W a t e r Re s o u rc e s a n d Hr d r o p o w e r En gin e e r i n g Vo 1 4 5 No 2 传感器合理布点和埋设保护,以获得大坝施工期和运 行期完整的温度分布数据 ,确保 坝体 的安全稳定 运 行。 2 传感器选型及埋设点布设 2 1 温度传感器选型 为保证分布式温度监控系统的可靠性和有效性 , 实现坝体温度分布数据 的完整性 ,应针对施工对象的 水文地质条件 、坝体的结构进行调查研究后完成传感 器选型 J 。研究对 象选取汉江上游某水 电站混凝土 大坝进行温度监测系统的设计。该水电
10、站处于北亚热 收稿 日期 : 基金项 目: 作者简介 : 2 01 3 一 O 9 2 O 国家 自然科学 基金 ( 5 1 3 7 8 0 7 2 ) ;教 育部博 士点基 金( 2 0 1 1 0 2 0 5 1 1 0 0 0 2 ) 。 叶志强( 1 9 7 2 一 ) ,男 ,工程师 ,博士。 1 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 叶志强, 等混凝士大坝分布式温度监测系统应用研究 表 1 旬 阳和 白河气 象站 资料 项 _ i 旬阳气象站 _1 河气象站 平均温度 多年 均气温 l 5 3 1 5 6 l 5 5 多年最 高月平均气温( 7月
11、) 3 1 8 3 2 5 3 2 2 多年最低月平均气温( 1月) 0 2 0 3 一 O 3 极端最高气温 4 1 5 ( 1 9 6 2 0 72 6 ) 4 2 6 f 1 9 6 2 0 71 4 、 4 2 l 极端最低气温 一1 1 6 ( 1 9 9 11 2 2 8 ) 一1 1 6 ( 1 9 9 1 1 2 2 81 l 1 6 带边缘大陆性季风气候区,局地气候受秦岭和巴山制 约 ,具有温暖湿润的山地气候特征。夏季受西太平洋 副热带高压和四川盆地 、河西走廊热低压控制 ,高温 炎热多雷暴雨 ,问有伏旱 ;冬季受西伯利亚冷高压控 制 ,寒冷少雨 ;春暖干燥 ,秋凉湿润并多连
12、阴雨。大 坝邻近的旬阳和白河气象站的多年气象统计资料如表 1所列 ,以两气象站平均值拟合该水电站气象资料。 对汉江流域该水电站某年全年的温度进行收集整 理 ,如图 1 所示。从 图 1中可以看出,全年 6月至 9月份属最高温度区;1月和 1 2月份为全年的最低温 度区,最高温度 出现在 7月份 ,温度值大约 3 8左 右 ,最低温度 出现在 1月份 ,温度值 大约 一6左 右。通过水文气象资料表 明,温度传感器的测温范隔 为 一1 05 0。考虑混凝土水化热的影 响,传感器 的量程设定为 一 3 0 7 0。 0 、 厂 7 、 f 一最 低 温 度 、 、+半划愠厦 温度 一 一 最 高 温
13、 度 2 3 4 5 6 7 8 9 l () l 1 l 2 时间 月 图 1 汉江流域某水电站全年气温变化 目前混凝土大 坝经常采用光栅光纤 温度采集 系 统。水 电站大坝的施工环境恶劣 ,在施 工过程 当中, 无论从 自然环境 、施工环境 、人为因素等方面 ,都有 可能对坝体的温度监测产生影响 ,光纤温度传感器在 施工过程 中的埋设 ,对施工条件有更高的要求 ,在埋 设之前需要进行严格要求的封装 - 9 1 。在恶劣 的施工 环境下,光栅光纤传感器存活率不高 ,可靠性差 ,经 常造成大坝运行期温度数据丢失 ,难以建立大坝整体 温度场分布,进而难 以控制混凝土 内温度裂缝所带来 1 3 0
14、 的负面影响。本文选, j 价格低廉 的差阻式温度计进行坝体的温度 采集 ,采川合理的埋设方法 ,确 保温度计的存活率。所采川的差 阻式温度计主要 由 3部分组成 : 电阻线圈 ,外壳及电缆 ,结构如 图 2所示 图 2差阻式温度计结构 温度计感温元件采用热敏电阻,热敏电阻在一定 的温度范围内阻值与温度成线性的关系,当温度 计所 在的温度变化时 ,其电阻值 也随着变化 热敏电阻的 阻值一温度特性 曲线 是一条指数 曲线 ,非线性度较 大 ,因此在使用时要进行线性化处理 ,线性化处理虽 然能改善热敏电阻的特性曲线 ,但比较复杂。在测温 范围(一 5 01 5 0 ) 的情况下 ,采用铜 电阻测温
15、 ,具 有很好的稳定性 ,温度系数 比较大 ,电阻值与温度之 间接近线性关系;材料容易提纯,价格低廉 ,从经济 成本来考虑较铂 电阻有较好的经济性 。差阻式温度计 的参数如表 2所列 ,其温度计算公式 为 t =O t X( R , 一 R () ) ( 1 ) 式 巾,t 为测量点 的温度 ;R , 为温度 汁实测 电阻值 ; 为温度计零度电阻值 ; 为温度系数。 表 2 差 阻式温度计型号及规格 型 号 数值 温度测 量范 C 一3 O 7 0 引 电缆芯线 根 零度电阻值 I ! 4 6 6 电阻温度 系数 I l 。 。 5 0 温度测量精度 C 0 3 差阻式温度计的测量精度高 ,稳
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