CN116295925A - 一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于超大混凝土结构的温度梯度监测方法及系统，本方案能够基于梯度监测提出温度空间梯度和温度时间梯度，进而确定温度梯度监测区以及监测串点的温度变化，从而基于温度变化进行温度空间梯度分析，以确定温度空间梯度变化，再通过计算无量纲参数进行温度时间梯度分析，确定温度时间系数，最后采用克里金差值法重构温度场分布，得到目标温度场分布。本方案能够根据实测数据快速重构混凝土内部真实温度场，以避免对温控方案指导实施的滞后性和被动性。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土温度监测技术领域，具体涉及一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法及系统。
背景技术
超大体积海工混凝土连续浇筑施工工法，突破了传统混凝土分层施工过程，是施工工艺的一大创新和进步，同时给混凝土施工及养护提出了更大的防裂挑战。依靠传统基于规范及仿真方式的温控设计已无法满足温控精准度要求，亟需采用实时在线监测的智能化手段和基于温度梯度致裂控制准则，根据施工过程实际指标参数反馈，动态化温控施策，保障温控方案的合理性。
针对大体积混凝土温控防裂，需要获取混凝土的温度场信息，进行温度监测，以进一步实现混凝土温度变化规律的获取和掌握。在混凝土的温度场获取方法上，目前仍多采用解析法和数值模拟法获得，其中解析法受限于计算具有简单几何形状和边界条件的混凝土温度场，实际工程难以计算；数值模拟方法成熟且计算高效，目前广泛应用于工程中进行温度场及应力场计算，但是由于材料参数设定通常根据试验、工程类比确定，以及混凝土各向同性导热材料设定，忽略混凝土水化度对施工期温度历程曲线的影响等因素，导致获取的温度场与真实温度场存在一定的差异。
针对存在的仿真结果与实际温控效果相差较大、精准度不高的问题，现有技术通常以现场监测手段作为数值仿真的补充，为仿真参数提供依据并校验仿真结果的正确性，但就会存在对温控方案指导实施的滞后性和被动性，因此，急需一种能够及时获取超大混凝土结构的温度场分布的方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法及系统，
以解决现有技术中存在的现有技术通常以现场监测手段作为数值仿真的补充，为仿真参数提供依据并校验仿真结果的正确性，但就会存在对温控方案指导实施的滞后性和被动性的技术问题。
一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法，其特征在于，包括：采用预埋式数字测温传感器，采集温度数据；根据所述温度数据，计算温度空间差值和温度时间差值，确定温度分布规律；根据所述温度分布规律，确定温度梯度监测区；对所述温度梯度监测区进行分区域的温度分析，确定监测串点的温度变化；基于所述温度变化，依次从水平方向和竖直方向分别对各区域进行温度空间梯度分析，确定温度空间梯度变化，所述温度空间梯度变化包括水平方向温度空间梯度变化和竖直方向温度空间梯度变化；对混凝土不同龄期温度值归一化处理，得到无量纲参数；基于所述温度变化和所述无量纲参数对各区域进行温度时间梯度分析，确定各区域中测点的温度时间系数；基于所述温度变化、所述温度空间梯度变化和所述温度时间系数，采用克里金差值法重构温度场分布，得到目标温度场分布。
在其中一个实施例中，根据所述温度数据，计算温度空间差值和温度时间差值，确定温度分布规律步骤，包括：根据所述温度空间插值和所述温度的时间差值，定义空间梯度和时间梯度；温度是空间和时间的连续函数，梯度概念为描述事物量在空间分布均匀性，通过离散化计算空间某点沿某一方向的温变梯度，同时除以绝热温升进行归一化处理；定义温变梯度的模，评价时间梯度空间分布的非均匀程度，定义时间梯度在空间的分布规律。
在其中一个实施例中，所述温度梯度监测区由混凝土中心高度至上表面所形成的区域。
在其中一个实施例中，所述监测串点包括靠近上表面区域水平监测串点，靠近中心区域水平监测串点，以及竖向高度串点。
在其中一个实施例中，基于所述温度变化、所述温度空间梯度变化和所述温度时间系数，采用克里金差值法重构温度场分布，得到目标温度场分布步骤之后，还包括：基于重构的目标温度场分布，采用非耦合热应力仿真方法，计算混凝土温度场；根据所述混凝土温度场进行温度应力计算。
在其中一个实施例中，根据所述混凝土温度场进行温度应力计算步骤，包括：根据所述混凝土温度场，建立填芯混凝土计算网络模型；基于所述填芯混凝土计算网络模型，进行有限元计算，得到填芯混凝土的应力分布。
在其中一个实施例中，根据所述混凝土温度场进行温度应力计算步骤，还包括：根据所述混凝土温度场，引入广义胡克定律，并采用热弹性力学基本方程进行热应力计算。
一种用于超大混凝土结构的温度梯度监测系统，包括边端和云端，所述云端与所述边端之间通过网络通讯连接，其中，所述边端包括预埋式数字测温传感器、无线实时传输装置和端网关，所述预埋式数字测温传感器通过所述无线实时传输装置与所述端网关相连。
在其中一个实施例中，所述预埋式数字测温传感器采用JDC-2型号。
在其中一个实施例中，所述边端还包括RS485总线，所述RS485总线用于连接所述预埋式数字测温传感器和所述端网关。
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
1.提供了一种用于超大混凝土结构的温度梯度监测方法，能够基于梯度监测提出温度空间梯度和温度时间梯度，进而确定温度梯度监测区以及监测串点的温度变化，从而基于温度变化进行温度空间梯度分析，以确定温度空间梯度变化，再通过计算无量纲参数进行温度时间梯度分析，确定温度时间系数，最后采用克里金差值法重构温度场分布，得到目标温度场分布。本方案能够根据实测数据快速重构混凝土内部真实温度场，以避免对温控方案指导实施的滞后性和被动性。
2.本方案能够基于真实温度监测计算混凝土内部拉应力发展过程及空间分布，快速准确的监测超大混凝土结构的内部温度的实际发展规律及与预设指标的偏差状态，为动态温控防裂措施的精准施策提供依据。
3.提供了一种用于超大混凝土结构的温度梯度监测系统，能够实时监测混凝土内部温度的实际发展规律及与预设指标的偏差状态，为动态温控防裂措施的精准施策提供依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为一个实施例中一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法的流程示意图；
图2为一个实施例中填芯混凝土梯度监测布置的示意图；
图3(a)为48h的中心区域水平方向温度场等线图；
图3(b)为72h的中心区域水平方向温度场等线图；
图3(c)为96h的中心区域水平方向温度场等线图；
图3(d)为144h的中心区域水平方向温度场等线图；
图3(e)为240h的中心区域水平方向温度场等线图；
图3(f)为480h的中心区域水平方向温度场等线图；
图4为一个实施例中填芯混凝土计算网络模型示意图；
图5为一个实施例中填芯混凝土最大主应力发展过程的示意图；
图6为一个实施例中一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测系统的结构框图；
图7为一个实施例中种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测系统的架构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法，包括以下步骤：
S110采用预埋式数字测温传感器，采集温度数据；S120根据温度数据，计算温度空间差值和温度时间差值，确定温度分布规律；S130根据温度分布规律，确定温度梯度监测区；S140对温度梯度监测区进行分区域的温度分析，确定监测串点的温度变化；S150基于温度变化，依次从水平方向和竖直方向分别对各区域进行温度空间梯度分析，确定温度空间梯度变化，温度空间梯度变化包括水平方向温度空间梯度变化和竖直方向温度空间梯度变化；S160对混凝土不同龄期温度值归一化处理，得到无量纲参数；S170基于温度变化和无量纲参数对各区域进行温度时间梯度分析，确定各区域中测点的温度时间系数；S180基于温度变化、温度空间梯度变化和温度时间系数，采用克里金差值法重构温度场分布，得到目标温度场分布。
其中，步骤S120包括：根据温度空间插值和温度的时间差值，定义空间梯度和时间梯度；温度是空间和时间的连续函数，梯度概念为描述事物量在空间分布均匀性，通过离散化计算空间某点沿某一方向的温变梯度，同时除以绝热温升进行归一化处理；定义温变梯度的模，评价时间梯度空间分布的非均匀程度，定义时间梯度在空间的分布规律。
步骤S130中的温度梯度监测区由混凝土中心高度至上表面所形成的区域。
步骤S140中的监测串点包括靠近上表面区域水平监测串点，靠近中心区域水平监测串点，以及竖向高度串点。
具体地，混凝土浇筑质量受施工过程中多种因素影响，极易使混凝土内部温度的发展偏离预期状态，超出温控指标范围，引发裂缝。研发混凝土温度梯度在线监测不仅可检验混凝土温控效果、反馈优化温控措施，也是直接控制混凝土质量的技术手段之一。
在此，选择龙门大桥锚碇基础填芯混凝土一次性连续浇筑作为本案实施例的超大混凝土结构，并按照本实施例所提及的方法进行说明，广西滨海公路作为国道G228丹东至东兴的重要组成部分，是环北部湾沿海各港口之间的交通动脉。其中，广西龙门大桥是打通广西滨海公路的“卡点”推进北钦防交通一体化的控制性工程，被同时纳入交通运输部交通强国试点和平安百年品质工程示范项目。龙门大桥全长7.615公里，主桥为1098m钢箱梁悬索桥结构(图1)，设计时速100公里/小时、双向六车道建设标准，连接钦州港和防城港片区，横跨龙门海峡，是广西交通建设史上规模最大、标准最高、技术最难、跨越海域环境最复杂的跨海通道工程。龙门大桥西锚碇为重力式锚碇结构，首次采用3.5m大直径桩+二期槽复合锚碇基础，桩基中心围成直径90m的圆形，桩底标高-12.50m，顶部高程+4.00m，基础内部采用填芯混凝土，上层覆盖顶板，以提高基础抗滑稳定性。其中，填芯混凝土为典型超大体积海工混凝土结构，在温控防裂方面主要挑战如下：(1)材料参数方面，填芯混凝土为普通商用C20混凝土，其原材料配比、绝热温升等参数实际值与厂商提供值存在偏差，给混凝土的浇筑及养护温控设计、施工中温控措施决策带来盲区，对温控精度带来不利影响。(2)结构特性方面，填芯混凝土为直径90m圆柱形结构，高度为8.5～10.5m。圆柱混凝土四周与桩基接触，上表面为在中心处带斜台平面，直接与空气环境接触，并于24天后覆盖顶板混凝土。超大宽高比结构混凝土表面积与外界环境换热现象对混凝土的内表温差及靠近混凝土结构边界区域温度梯度控制带来挑战。(3)施工工艺方面，填芯结构混凝土浇筑方量高达58606m3，突破传统多次分量、单次控制1万方以内浇筑方式，采用“平面分区同步浇筑、竖向不分层”的原则，创新一次性连续不间断施工工艺，刷新了海上桥梁混凝土施工世界纪录，同时给水化热散热带来不利影响，对混凝土最高温度的控制带来极大挑战。(4)施工环境方面，桥址地处海洋环境，所在地风速较大，多年平均风速为3.8m/s，施工期为高温夏季月份，日早晚温差较大，高达10℃左右，针对高温、高湿、大风、高盐雾环境下海工混凝土温升控制及内表稳定方面提出了更严格的防裂要求。
以下为采用本实施例进行温度场分布确定的详细步骤说明：
一、梯度监测概念
相比于传统温控防裂中主要关注特征最高温度、层内、层间、基础等温差指标，进行温差控制、降温速率控制及将温度对时间的变化过程分期分段等做法措施，温度梯度监测系统更加注重温度梯度随时空的发展特性，定义空间梯度和时间梯度概念为评价指标。温度是空间和时间的连续函数，如式(1)所示，其在空间和时间的温度差值如式(2)和式(3)所示。温度空间差值，即某时刻t0在点1和点2间的温度差值，温度时间差值即固定位置点1在t0至t0+Δt的温度差值。
T＝T(x,y,z,t)(1)
梯度概念为描述事物量在空间分布均匀性，以事物量Φ与距离S的比值表示，如式(4)所示。
对于混凝土温度这一事物量T，将梯度概念同时引入时间维度，定义空间梯度和时间梯度概念。空间梯度βs为ΔT在空间变化最快的方向及最快的变化速率，如式(5)。在等温线表示中直接反映出等温线法线方向的温度变化率，等温线越密集的地方βs值越大。
时间梯度βt为
在空间变化最快的方向及最快的变化速率，在工程中具体计算时，通过离散化计算空间某点沿某一方向的温变梯度，同时除以绝热温升θ进行归一化处理，如式(6)所示。
定义
为温变梯度的模，评价βt空间分布的非均匀程度，并定义时间梯度在空间分布规律的数学描述如下:时间梯度满足均匀分布规律时，/>
满足线性分布规律时，/>
式中/>
为拉普拉斯算子，代表βt空间分布的一种稳定协调状态；满足非线性分布时，/>
k量值反映β空间分布非线性程度的大小。
二、梯度监测的方案
温度梯度在线监测系统在混凝土内部监测点布置以真实地反映出混凝土内部温度分布规律为原则，为重点监测温度梯度变化剧烈区域，取混凝土中心高度至上表面为监测区(即温度梯度监测区)，由中心高度圆心处沿水平直径和竖直方向布置测点，成等比数列分布在靠近桩基及上表面过程中逐步加密，如式(7)所示。
ln＝l1/2n-1(7)
在水平方向取数列首项为二分之一填芯半径长度，即R/2，n取值为5，竖直方向数列首项为二分之一填芯厚侧高度，即H/2，n取值为3。在混凝土内部形成2条不同高度位置水平串点和2条不同位置竖直串点，共计30支，编号T1～T30。同时，在锚碇基础附近布设环境温度测点2支，编号T31和T32，如图2所示，展示了填芯混凝土梯度监测布置。
三、温度梯度分析
(一)温度分析
根据图2和上述计算确定了混凝土内部温度在不同位置及时刻变化。其中个，靠近上表面区域水平监测串点受水化热及与空气环境对流换热影响，温度场首先经历快速升温过程，持续144h，随后升温幅度减缓并达到峰值为52.9℃，进入缓慢降温阶段后范围为45.1～47.7℃。靠近中心区域水平监测串点可近似看作水化绝热温升状态，各监测点数据差异较小，并经历快速温升和缓慢温升过程，在监测结束时刻趋于稳定，范围为54.2～54.5℃。竖向高度串点T27靠近斜台表面，受空气环境对流换热影响，温度发展规律与靠近上表面区域温度规律发展一致，T25、T26及T28温度发展规律近似于混凝土中心区域绝热温升发展。在竖直方向呈现越靠近上表面温度值越低的规律，最高温度值分别为52.5℃、53.9℃和53.1℃，相比混凝土中心区域，减小约0.5～2.0℃。
(二)温度空间梯度分析
A、首先是水平方向：
依据混凝土坝仓内温差不大于3℃的控制标准，为控制混凝土内部温度空间分布均匀性，定义米级温度空间梯度允许阈值区间为-3～3℃/m，当βs值超出阈值范围时，系统及时预警。
确定中心高度水平方向指标βs分布，浇筑后120h内存在大量的热量产生及转移，靠近桩基区域更加明显，范围为-2.03～2.52℃/m，正负值交杂表明热量传递的多向性；在中心区域，指标βs较小且为正值，表明有圆心值边界过程中温度逐渐降低趋势。120h时刻后，除βs1受桩基传热影响外，空间梯度指标整体较小，范围为-0.15～0.12℃/m，即温度场在水平向分布均匀。
确定在靠近上表面区域水平方向指标分布，对比中心区域值，该区域值较大。其中靠近桩基区域βs波动范围由大减小并稳定，稳定时刻后由于存在不断热量由中心向靠近桩基区域传递，βs保持正值，范围为0.50～1.34℃/m；其它区域βs值随时间变化较小，整体范围为-0.15～0.14℃/m。综上，水平方向温度分布较为均匀，满足空间梯度阈值要求。
B、其次是竖直方向：
确定竖直方向指标βs分布，在远离混凝土表面一定距离后，受空气环境对流换热影响减弱，βs1和βs1的分布规律与水平方向相似，即先增大后减小并在一定范围(0.29～1.08℃/m)内保持稳定，整体分布满足空间温度梯度阈值要求。受靠近表面区域混凝土温度下降及中心区域处于缓慢升温影响，βs13值较大，在大约410h时刻接近阈值，并持续增大至3.85℃/m。因此，应及时加强混凝土表面保温养护，或选择上层顶板混凝土覆盖方式，防止梯度过大导致温度裂缝。
(三)温度时间梯度分析
将混凝土不同龄期温度值归一化处理，得到无量纲参数θ，如式(8)所示，取值范围为0～1。
式中：T0为混凝土浇筑温度，Tmax-T0为最大温升程度，按凝土绝热温升值计算，取值为30.43℃
确定混凝土中心区域及靠近上表面区域θ值在时间和空间的变化规律。
根据确定的混凝土中心区域及靠近上表面区域θ值在时间和空间的变化规律可知，从θ取值范围可以看出，混凝土中心区域θ值随时间正向增长，达到绝热温升的88.16～99.34％，可认为混凝土最大温度已基本达到峰值，预期后期将在保持稳定的前提下缓慢降温。靠近上表面区域
先增后降，超大表面积与空气对流换热对混凝土的温升控制起到积极作用，尤其是在336h由于空气环境出现大幅度降温(下降约8℃)，时间梯度系数曲线间距增大，温升幅度为绝热温升的77％～86％，相比于中心区域降低了约13％。相邻时间间隔下θ曲线近似等间距平行分布，尤其是在144h后(靠近上表面区域为144～216h)间距基本相等，各测点符合线性温度时间梯度分布，属于线性不同温同温升状态，不产生外部约束下非线性温变导致的温度应力。
各测点时间梯度以1h为间隔分别计算各测点温度时间系数，则可以得到混凝土时间梯度指标βt分布规律。在中心及靠近表面区域规律一致，即120h内水化热的程度剧烈，βt指标值较大，最大为0.032，且存在较大波动现象，随后逐渐平缓，保持稳定，每小时间隔下βt控制在0.002以内，实现了时间维度小温变过程。
四、确定温度场分布
基于有限的实测点温度数据，不足以直观反应混凝土内部温度场分布，本节综合考虑混凝土内部温度空间分布连续性和相关性，基于温度梯度在线系统，采用克里金差值法重构温度场分布，以48h、72h、96h、144h、240h及480h为代表，重构出中心区域水平方向温度场等线图，如图3所示。图3(a)为48h的中心区域水平方向温度场等线图，图3(b)为72h的中心区域水平方向温度场等线图，图3(c)为96h的中心区域水平方向温度场等线图，图3(d)为144h的中心区域水平方向温度场等线图，图3(e)为240h的中心区域水平方向温度场等线图，图3(f)为480h的中心区域水平方向温度场等线图。在温度发展过程中，混凝土内部热量累积的最高温度区域不一定是中心区域，它随着龄期的增长而不断发生热量转移变化，例如72h时刻靠近桩基温度较高，圆心处于较低温区，144h后呈现混凝土中心温度高于边界处温度的规律。图3中以0.3℃为梯度设置等温线，等温线的疏密程度直接反应温度空间梯度大小，可以看出在96h内，等温线较密集，温度梯度较大，尤其是在靠近桩基附近，说明混凝土与桩基间存在热传导现象，这也说明混凝土靠近边界处应加强梯度监测的重要性；144h后，等温线分布稀疏，且随时间变化较小，混凝土内部热量得到释放，温度时间梯度的空间分布逐渐趋于均匀。
上述实施例能够基于梯度监测提出温度空间梯度和温度时间梯度，进而确定温度梯度监测区以及监测串点的温度变化，从而基于温度变化进行温度空间梯度分析，以确定温度空间梯度变化，再通过计算无量纲参数进行温度时间梯度分析，确定温度时间系数，最后采用克里金差值法重构温度场分布，得到目标温度场分布。从而能够根据实测数据快速重构混凝土内部真实温度场，以避免对温控方案指导实施的滞后性和被动性。
在其中一个实施例中，步骤S180之后，还包括：基于重构的目标温度场分布，采用非耦合热应力仿真方法，计算混凝土温度场；根据混凝土温度场进行温度应力计算。
其中，根据混凝土温度场进行温度应力计算步骤，包括：根据混凝土温度场，建立填芯混凝土计算网络模型；基于填芯混凝土计算网络模型，进行有限元计算，得到填芯混凝土的应力分布。
其中，根据混凝土温度场进行温度应力计算步骤，还包括：根据混凝土温度场，引入广义胡克定律，并采用热弹性力学基本方程进行热应力计算。
具体地，采用非耦合热应力仿真方法，先计算混凝土温度场，再利用计算所得到的温度场进行温度应力计算。大体积混凝土温度场计算假定混凝土材料满足均匀和各向同性的要求，其热传导基本方程如式(9)所示。
式中：T为温度；c为比热；τ为时间；ρ为密度；λ为导热系数；Q为内部生热量
热应力计算采用热弹性力学基本方程，考虑温度的广义胡克定律如式(10)所示，代入几何方程和平衡方程就可以得到基本方程，如式(11)所示。
式中:μ为泊松比；G为剪切弹性模量；α为热膨胀系数；Θ＝σx+σy+σz；δij为克罗内克函数
温控防裂的根本是对温度应力的控制，基于温度测点数据进行应力计算以对填芯混凝土的温度裂缝安全进行校验评价。选取T18～T21测点，反馈得到填芯C20混凝土真实绝热温升曲线如式(12)所示。
T(τ)＝31(1-exp(-0.26τ1.46) (12)
式中：T(τ)为龄期τ混凝土绝热温升；τ为龄期。
建立填芯混凝土计算模型，网格模型如图4所示，取填芯底部厚10m的中风化岩基作为底部约束，简化桩基为环型混凝土，固定桩基周边温度为18℃，浇筑温度为25℃，混凝土表面与空气对流换热系数为h＝38.6kJ/(m·hr·℃)，环境温度根据现场实测环境温度设置。考虑太阳辐射，等效环境温度ΔTa按式(13)计算，计算可得环境温度等效增加11.48℃。
式中：ΔTa为太阳辐射对应环境温度增量；S和S0分别为有云条件和无云条件下太阳辐射热；n为云量；k为与纬度有关的系数；ks为混凝土吸热系数。
填芯大体积混凝土有限元计算结果分析如下。最大第一主应力空间分布如图5所示，较大拉应力出现在混凝土上表面处，越靠近桩基约束越强，形成桩基环向拉应力区，同时在斜台与厚混凝土侧上表面交界处形成斜台拉应力区，且在两区域交界处产生最大拉应力。
从而确定混凝土最大拉应力发展过程，受环境温度因素影响，在环境温度较低的时刻混凝土表面产生较大拉应力，最大值为1.78MPa，未超过混凝土抗拉强度，对应安全系数为1.03。
上述实施例能够基于真实温度监测计算混凝土内部拉应力发展过程及空间分布，快速准确的监测超大混凝土结构的内部温度的实际发展规律及与预设指标的偏差状态，为动态温控防裂措施的精准施策提供依据。
在一个实施例中，如图6所示，提供一种用于超大混凝土结构的温度梯度监测系统，包括边端和云端，云端与边端之间通过网络通讯连接，其中，边端包括预埋式数字测温传感器、无线实时传输装置和端网关，预埋式数字测温传感器通过无线实时传输装置与端网关相连。其中，预埋式数字测温传感器采用JDC-2型号。边端还包括RS485总线，RS485总线用于连接预埋式数字测温传感器和端网关。
具体地，本系统的架构如图7所示，测温采用JDC-2预埋式数字测温传感器，系统通过RS485总线、无线Lora和ZigBee无线等多手段相结合的大容量无线实时传输装置，自动采集温度数据，智能测温柜(即边端)采集的数据通过4/5G、WIFI、DTU等网络通讯传输到系统云服务器(即云端)，实现移动端或PC端在线实时查看测温数据。
系统实现了对混凝土内部温度变化的实时在线监控，利用所获得的数据，可及时预警施工中实际温度与预期状态间的较大偏差，控制其在容许范围内是否满足温控设计要求，从而提高大体积混凝土温度裂缝控制工作的准确性、科学性。
本实施例针对桥梁大体积混凝土温控防裂研发了一种用于超大混凝土结构的温度梯度监测系统，能够实时监测混凝土内部温度的实际发展规律及与预设指标的偏差状态，为动态温控防裂措施的精准施策提供依据。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法，其特征在于，包括：
采用预埋式数字测温传感器，采集温度数据；
根据所述温度数据，计算温度空间差值和温度时间差值，确定温度分布规律；
根据所述温度分布规律，确定温度梯度监测区；
对所述温度梯度监测区进行分区域的温度分析，确定监测串点的温度变化；
基于所述温度变化，依次从水平方向和竖直方向分别对各区域进行温度空间梯度分析，确定温度空间梯度变化，所述温度空间梯度变化包括水平方向温度空间梯度变化和竖直方向温度空间梯度变化；
对混凝土不同龄期温度值归一化处理，得到无量纲参数；
基于所述温度变化和所述无量纲参数对各区域进行温度时间梯度分析，确定各区域中测点的温度时间系数；
基于所述温度变化、所述温度空间梯度变化和所述温度时间系数，采用克里金差值法重构温度场分布，得到目标温度场分布。
2.根据权利要求1所述的一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法，其特征在于，根据所述温度数据，计算温度空间差值和温度时间差值，确定温度分布规律步骤，包括：
根据所述温度空间插值和所述温度的时间差值，定义空间梯度和时间梯度；
温度是空间和时间的连续函数，梯度概念为描述事物量在空间分布均匀性，
通过离散化计算空间某点沿某一方向的温变梯度，同时除以绝热温升进行归一化处理；
定义温变梯度的模，评价时间梯度空间分布的非均匀程度，定义时间梯度在空间的分布规律。
3.根据权利要求1所述的一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法，其特征在于，所述温度梯度监测区由混凝土中心高度至上表面所形成的区域。
4.根据权利要求1所述的一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法，其特征在于，所述监测串点包括靠近上表面区域水平监测串点，靠近中心区域水平监测串点，以及竖向高度串点。
5.根据权利要求1所述的一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法，其特征在于，基于所述温度变化、所述温度空间梯度变化和所述温度时间系数，采用克里金差值法重构温度场分布，得到目标温度场分布步骤之后，还包括：
基于重构的目标温度场分布，采用非耦合热应力仿真方法，计算混凝土温度场；
根据所述混凝土温度场进行温度应力计算。
6.根据权利要求5所述的一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法，其特征在于，根据所述混凝土温度场进行温度应力计算步骤，包括：
根据所述混凝土温度场，建立填芯混凝土计算网络模型；
基于所述填芯混凝土计算网络模型，进行有限元计算，得到填芯混凝土的应力分布。
7.根据权利要求6所述的一种用于超大混凝土结构的温度梯度在线监测方法，其特征在于，根据所述混凝土温度场进行温度应力计算步骤，还包括：
根据所述混凝土温度场，引入广义胡克定律，并采用热弹性力学基本方程进行热应力计算。
8.一种用于超大混凝土结构的温度梯度监测系统，其特征在于，包括边端和云端，所述云端与所述边端之间通过网络通讯连接，其中，所述边端包括预埋式数字测温传感器、无线实时传输装置和端网关，所述预埋式数字测温传感器通过所述无线实时传输装置与所述端网关相连。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述预埋式数字测温传感器采用JDC-2型号。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述边端还包括RS485总线，所述RS485总线用于连接所述预埋式数字测温传感器和所述端网关。
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