混凝土徐变系数研究与防裂方法实践

由于工程条件、物理环境及被考察对象的复杂性,使得建立正确描述问题特性的模型或确定有关模型参数十分困难,因而,也就难于得到正确的解答。大体积混凝土工程的温度问题就属于这种复杂的情况。它的工作对象是混凝土,由于非均质性、复杂的边界条件及各种自然的和人工的扰动等众多因素的影响,使得建立一个充分近似的模型有一定的困难。有关物性参数的合理确定仍是当前技术上较为困难的问题。众所周知,数值方法(有限元法、边界元法、离散元法等)的发展及其在水工结构工程温度问题中的应用研究已取得丰硕的成果,为解答复杂的水工结构工程温度问题提供了强有力的工具。然而有关计算参数的不确定性,诸如初始温度场、绝热温升模型、导温及导热系数、环境因素(温度、湿度、风速等)等都无法准确地测定,使得这些先进的计算手段在解答水工结构工程温度问题时仍然显得不尽如人意。至今的应用仍然限于对工程某些规律性的研究和定性的评价。

在模型和参数需要准确确定的情况下,往往借助于模拟试验和测试(如绝热温升试验等)及经验公式获得部分参数结果。在特定条件下的试验结果有很大的局限性且试验成本高、时间长,而经验公式获得的计算参数则可靠性更差。因此,对采用试验方法获得的参数的应用和推广必须十分慎重,而经验公式方法的使用则应更谨慎。

一些复杂的工程技术问题,也常遵循相反的路线来研究。利用对研究对象的行为进行系统观测得到的数据来反求其数学模型及参数,以便对其更多的未知情况和未来行为作出分析和预测,这就是所谓的逆解过程(或逆过程、反问题)。而温度反演分析即属于这种逆过程。逆过程包括“模型辨识”和“参数辨识”两项任务,可统称为“系统辨识”。由于采用逆解过程的被考察对象往往十分复杂,且其物性参数及模型均难以确定,所以问题的求解也是困难的。而温度反演分析问题则可以首先假定模型(如绝热温升模型采用复合指数模型),仅反演模型的物性参数(如绝热温升模型的a、b值),使得问题得以简化。(www.xing528.com)

在已知模型的情况下,问题仅归结为对模型参数的估计,即由观测资料反求模型的参数。大体积混凝土中的温度反演分析多属于这种情况。反演分析的任务通常是确定混凝土的热学参数、边界条件、管壁热交换系数等基本原始数据。反演分析基于温度测量这一基本方法,即基于有限个测点的温度量测值反求混凝土温度场,因温度量测值可靠性较好、方法简便、适应性广,故在温度反演分析计算中普遍被采用。

温度反演分析通常采用数值方法,数值方法不仅适用于均匀和均质情况,还可进一步考虑非均质、非均匀的情况,因而具有广泛的工程应用价值。对于同一工程的量测资料,选用不同的反演分析模型,所得的反演分析结果也不同,而实际混凝土的温度性态、初始温度分布状态和环境因素变化则是唯一的,这说明反演分析模型的选择是十分重要的。然而,如何评价采用的模型与工程条件是否相符,至今还是未能完善解决的难题,更何况由于工程本身的复杂性和诸多因素的不确定性,建立能全面反应混凝土温度特征的模型存在着困难,并且为了计算简化,反演分析采用简化的模型,这些简化模型往往同工程实际存在差异,在这种情况下,反演分析应用价值如何?首先基于现场量测信息(温度量测)的反演分析提供的计算参数,可以保证分析结果在测点上能同量测值充分逼近。例如,无论模型是否同混凝土的实际情况完全一致,用反演参数进行正演的结果其温度同量测值是比较一致的,只要有足够数量的测点,这种温度一致的分析结果足以为工程设计、施工及工程评价提供十分有价值的信息。其次混凝土温度问题模型近年来发展迅速,如文献[32]提供的模型经过实践检验,与大多数工程实际保持一致,在此基础上进行温度反演分析,其结果比较可靠,基本能够反映混凝土各龄期的温度场情况。另外,现场混凝土试块,由于其结构简单,影响因素较少,反演结果仍具有较高的精度,因此在水工混凝土工程中常常将其作为预测实际模型参数的一种重要手段。