計(jì)算機(jī)智能化測(cè)溫監(jiān)控技術(shù)在大體積混凝土中的研究與應(yīng)用

主要完成單位：***集團(tuán)有限公司土建處鄭州項(xiàng)目部主要協(xié)作單位：****成果發(fā)布人：****工作起止時(shí)間：2010年4月至2010年9月

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：（項(xiàng)目所屬科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、主要內(nèi)容、重點(diǎn)及應(yīng)用推廣情況）近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了建筑業(yè)的飛速前進(jìn)，各地域工礦、民用、道路橋梁及港口等方面，高大建筑物或構(gòu)筑物層出不窮。建筑的結(jié)構(gòu)直接決定著鋼筋混凝土構(gòu)件截面的增大。大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)、大體積鋼筋混凝土柱、墻等構(gòu)件越來(lái)越被廣泛應(yīng)用。大體積混凝土構(gòu)件推廣應(yīng)用，使得這方面的施工技術(shù)水平也必須隨之提高。其中大體積混凝土施工溫度監(jiān)控至關(guān)重要，通過(guò)溫度監(jiān)控，采取必要的養(yǎng)護(hù)措施，防止砼出現(xiàn)溫度裂縫，確保大體積砼施工質(zhì)量。計(jì)算機(jī)智能化測(cè)溫監(jiān)控技術(shù)是一種全自動(dòng)化電腦測(cè)溫監(jiān)控，方便準(zhǔn)確，為大體積混凝土施工提供了既方便又可靠的保證措施，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。2010年5月，鄭州山頂御鑫城8#樓基礎(chǔ)工程使用計(jì)算機(jī)智能化溫度監(jiān)控，保證了基礎(chǔ)混凝土施工質(zhì)量，取得了良好效果。一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介二、詳細(xì)內(nèi)容及推薦理由1、立項(xiàng)背景（相關(guān)科學(xué)技術(shù)善及其存在問(wèn)題，立項(xiàng)原因及推薦理由）《計(jì)算機(jī)智能化測(cè)溫監(jiān)控技術(shù)在大體積混凝土施工中的研究與應(yīng)用》屬行業(yè)領(lǐng)先地位，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋整個(gè)建筑行業(yè)，對(duì)工礦、民用、橋梁、港口等方面所有大體積砼施工都具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值，具有廣闊的應(yīng)用前景。該項(xiàng)技術(shù)的推廣將有力的推動(dòng)和提高大體積混凝土施工技術(shù)水平，為施工質(zhì)量控制提供一個(gè)可靠的保證，提高自動(dòng)化施工程度，具有良好的社會(huì)效益，經(jīng)濟(jì)效益。推薦理由1、設(shè)備先進(jìn)，自動(dòng)化程度高。改變傳統(tǒng)的溫度計(jì)人工測(cè)溫方法，測(cè)溫采用美國(guó)OZ光學(xué)有限公司生產(chǎn)的“分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）”，使用標(biāo)準(zhǔn)通信光纖，可用于通信、也可用于測(cè)量應(yīng)變和溫度。光纖分布式應(yīng)變和溫度傳感器用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)距離范圍內(nèi)的應(yīng)變和溫度狀況，是監(jiān)控大型建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)的理想工具，溫度收集后采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)拾取記錄保存。2、技術(shù)先進(jìn)，溫度監(jiān)控精確。計(jì)算機(jī)自動(dòng)化定時(shí)定點(diǎn)記錄保存數(shù)據(jù)，外界環(huán)境干擾影響程度小，光纖感應(yīng)靈敏，數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)圖像分析，超過(guò)溫度設(shè)定數(shù)值自動(dòng)報(bào)警，溫度監(jiān)控精確，為混凝土養(yǎng)護(hù)提供有效保證。3、施工方便，安裝速度快捷。光纖鋪設(shè)方便，受現(xiàn)場(chǎng)距離限制小，線路易保護(hù)，鋪設(shè)速度快，設(shè)備安裝快捷。

4、節(jié)約人工，應(yīng)用范圍較廣。采用計(jì)算機(jī)智能化溫度監(jiān)控技術(shù)，節(jié)約人工投入，避免因人的因素導(dǎo)致溫度測(cè)量數(shù)據(jù)不真實(shí)，同時(shí)該方法可以應(yīng)用到各建筑結(jié)構(gòu)溫度測(cè)量領(lǐng)域。2、詳細(xì)科學(xué)技術(shù)內(nèi)容（技術(shù)、原理、技術(shù)方案和主要指標(biāo)）（一）技術(shù)原理OZ光學(xué)公司的光纖分布式應(yīng)變和溫度傳感器利用一種稱為受激布里淵散射的現(xiàn)象。傳感器設(shè)置包括兩臺(tái)激光器(一臺(tái)連續(xù)光，一臺(tái)脈沖光)分別從同一根被測(cè)光纖的兩端輸入。當(dāng)兩臺(tái)激光器的頻率差與光纖的布里淵頻率相同時(shí)，兩束激光在光纖內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)相互作用并增強(qiáng)光纖中已產(chǎn)生的聲波(聲子)，使得布里淵信號(hào)容易定位檢測(cè)。沿光纖測(cè)量應(yīng)變和溫度時(shí)，通常需要掃描頻差(拍頻)繪出布里淵頻譜，通過(guò)分析該頻譜以獲得應(yīng)變和溫度信息。其工作原理參見圖1.2所示。本次測(cè)試僅測(cè)溫度，因?yàn)樵跐沧⒎ぐ寤A(chǔ)的底板混凝土?xí)r，沒(méi)有受力的應(yīng)變。測(cè)溫采用一根光纖由分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）輸出后，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)，在構(gòu)件內(nèi)根據(jù)測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置位置進(jìn)行布設(shè)，然后光纖輸入分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）內(nèi)，傳感器與計(jì)算機(jī)顯示器連接。圖1有應(yīng)變和無(wú)應(yīng)變布里淵頻譜圖1底部的公式說(shuō)明，光纖上每點(diǎn)的布里淵頻率與該處光纖所感知的外界的溫度和應(yīng)變成線性關(guān)系。對(duì)于色散位移光纖(LEAF)，布里淵頻譜中存在著兩個(gè)峰，這樣就能從一根光纖上同時(shí)獲取應(yīng)變和溫度兩種信息。（二）施工工藝流程及操作要點(diǎn)1、工藝流程鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋安裝→現(xiàn)場(chǎng)光纖布設(shè)（循環(huán)水降溫管預(yù)埋，保溫養(yǎng)護(hù)材料準(zhǔn)備）→光纖與分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）連接→分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）與計(jì)算機(jī)監(jiān)控顯示器連接→混凝土澆筑（測(cè)溫監(jiān)控開始）→混凝土澆筑完養(yǎng)護(hù)（測(cè)溫監(jiān)控同步，溫度差超過(guò)限定值時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急養(yǎng)護(hù)措施）→測(cè)溫監(jiān)控結(jié)束（混凝土養(yǎng)護(hù)完畢）2、操作要點(diǎn)

2.1測(cè)點(diǎn)設(shè)置及布設(shè)為保證測(cè)溫位置具有代表性，在構(gòu)件施工前應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸及特點(diǎn)，合理的確定測(cè)溫位置及數(shù)量，確保測(cè)溫位置布設(shè)在豎直面上可以真實(shí)有效的反應(yīng)構(gòu)件內(nèi)

部、表面及底面溫度差值，為大體積混凝土施工提供準(zhǔn)確有效的溫度控制數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度控制數(shù)據(jù)采取必要的溫度控制措施，確?；炷潦┕べ|(zhì)量。測(cè)溫位置在平面上設(shè)在構(gòu)件中間、邊緣及截面變化部位。每一個(gè)測(cè)溫部位設(shè)置三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，分別設(shè)在混凝土構(gòu)件上、中、下三個(gè)位置，保證測(cè)溫點(diǎn)能夠顯示構(gòu)件表面、底面及中部溫度，表面及底部測(cè)溫點(diǎn)埋設(shè)位置距構(gòu)件表皮及底面約100～150mm。此外大氣中布設(shè)1～2個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，以比較混凝土表面溫度與大氣溫度之差。

2.2溫度控制指標(biāo)根據(jù)規(guī)程相關(guān)要求，混凝土溫度控制指標(biāo)：（1）內(nèi)外溫差：小于２５℃（2）降溫速度：小于１～１.５℃／ｄ（3）揭開保溫層時(shí)的溫差：小于１５℃ 測(cè)溫時(shí)間及頻率（1）測(cè)溫時(shí)間：14天或內(nèi)外溫差小于15度。（2）測(cè)溫頻率：如表1所示

表1混凝土測(cè)溫頻率2.3光纖布設(shè)及測(cè)溫設(shè)備安裝2.3.1光纖布置測(cè)溫監(jiān)控采用一根溫度光纖由分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）輸出（一端與傳感器連接），輸出的光纖進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)，在構(gòu)件內(nèi)根據(jù)測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置位置分別進(jìn)行繞圈布設(shè)，布設(shè)后光纖輸入分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）內(nèi)（另一端與傳感器連接），分布式應(yīng)變和溫度傳感器與計(jì)算機(jī)顯示器連接。具體布置示意如圖2。混凝土澆筑狀況測(cè)測(cè)溫頻率混凝土出罐、入模時(shí)

1次/2小時(shí)混凝土澆注結(jié)束后4天

1次/4小時(shí)混凝土澆注結(jié)束后5—8天

1次/8小時(shí)混凝土澆注至結(jié)束后9—14天（或溫差小于15度）

1次/12小時(shí)

分布式應(yīng)變和溫度傳感器光纖引出\引入測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置（以四個(gè)為例）圖2光纖布設(shè)示意圖將溫度光纖按事先制定的測(cè)溫方案及測(cè)溫點(diǎn)布置要求，在光纖經(jīng)過(guò)測(cè)溫位置時(shí)將光纖在上、中、下三個(gè)高度位置均纏繞成方形，用Φ14的鋼筋焊接成400x400mm的“井”字骨架，骨架與構(gòu)件鋼筋焊接固定，井架分設(shè)三層橫撐，每一層橫撐位置即為測(cè)溫點(diǎn)位置，光纖由下至上順橫撐均纏繞一周，然后進(jìn)入下一個(gè)測(cè)溫位置進(jìn)行光纖布設(shè)。一個(gè)測(cè)溫位置具體的光纖布置圖如圖3所示。光纖布置完畢后，注意做好現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)工作，確保整根光纖完好，嚴(yán)禁故意破壞光纖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置光纖上的長(zhǎng)度刻度值，對(duì)各組測(cè)溫位置的各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)處的刻度值進(jìn)行記錄，數(shù)據(jù)應(yīng)記錄準(zhǔn)確。

根據(jù)光纖起始刻度值算出光纖距分布式應(yīng)變和溫度傳感器的準(zhǔn)確距離，通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)輸入分布式應(yīng)變和溫度傳感器程序。測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備應(yīng)設(shè)在防雨防潮的室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置臨時(shí)監(jiān)控室（可根據(jù)光纖長(zhǎng)度確定監(jiān)控設(shè)備設(shè)置位置）。圖3測(cè)溫點(diǎn)光纖布置圖2.3.2混凝土澆筑混凝土澆筑前做好現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作，調(diào)試好各種施工機(jī)具。混凝土澆筑前調(diào)試好測(cè)溫設(shè)備，測(cè)溫采用美國(guó)OZ光學(xué)有限公司生產(chǎn)的“分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）”設(shè)備，如圖4所示。首先，測(cè)試混凝土澆注前的初始溫度并自動(dòng)記錄、繪制其光纖所到的任何位置的溫度曲線，如圖5所示。調(diào)試循環(huán)水降溫管，確保循環(huán)水管道通水運(yùn)行正常。（2）、循環(huán)水降溫管使用DN32管水平布置在混凝土構(gòu)件中部，平面間距1.0m，使用螺紋18間距1.5m鋼筋支架與基礎(chǔ)筏板鋼筋焊接固定。最外側(cè)管距筏板構(gòu)件邊緣0.8m，管壁外側(cè)使用螺紋Φ10鋼筋長(zhǎng)600mm，每隔0.8m沿管周圈焊接三根鋼筋，做溫度筋。冷卻水管布置見圖6所示。分層澆筑混凝土至光纖逐步被混凝土覆蓋，每2小時(shí)測(cè)一次溫度，直到混凝土全部澆注完畢?；炷翝仓旰蟀凑罩贫ǖ臏y(cè)溫頻率進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)溫度監(jiān)控。若溫差超出設(shè)定值數(shù)值，測(cè)溫系統(tǒng)即時(shí)報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)立即啟動(dòng)循環(huán)水降溫系統(tǒng)，確?；炷琉B(yǎng)護(hù)溫差在允許范圍之內(nèi)。

圖4分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）圖5混凝土澆注前溫度曲線圖2.4測(cè)溫位置及循環(huán)水降溫管布置圖3、該項(xiàng)目與當(dāng)前國(guó)內(nèi)同類研究、同類技術(shù)的綜合比較（包括存在問(wèn)題及改進(jìn)措施）《計(jì)算機(jī)智能化測(cè)溫監(jiān)控技術(shù)在大體積混凝土施工中的研究與應(yīng)用》屬行業(yè)領(lǐng)先地位，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋整個(gè)建筑行業(yè)，對(duì)工礦、民用、橋梁、港口等方面所有大體積砼施工都具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值，具有廣闊的應(yīng)用前景。大體積混凝土計(jì)算機(jī)智能化溫度監(jiān)控施工技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了大體積混凝土施工新的測(cè)溫控制方法，更準(zhǔn)確的反應(yīng)了大體積混凝土溫度數(shù)值，更有效的實(shí)現(xiàn)了混凝土溫度裂縫過(guò)程監(jiān)控控制。設(shè)備先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，溫度監(jiān)控精確。計(jì)算機(jī)自動(dòng)化定時(shí)定點(diǎn)記錄保存數(shù)據(jù)，外界環(huán)境干擾影響程度小，光纖感應(yīng)靈敏，數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)圖像分析，超過(guò)溫度設(shè)定數(shù)值自動(dòng)報(bào)警，溫度監(jiān)控精確，為混凝土溫度裂縫控制提供有效保證。光纖鋪設(shè)方便，受現(xiàn)場(chǎng)距離限制小，線路易保護(hù)，鋪設(shè)速度快，設(shè)備安裝快捷。采用計(jì)算機(jī)智能化溫度監(jiān)控技術(shù)，節(jié)約人工投入，避免因人的因素導(dǎo)致溫度測(cè)量數(shù)據(jù)不真實(shí)，更有效的服務(wù)于工程質(zhì)量，同時(shí)該方法可以應(yīng)用到各建筑結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

（限600個(gè)漢字）4、創(chuàng)新點(diǎn)（1）、設(shè)備先進(jìn)，自動(dòng)化程度高。改變傳統(tǒng)的溫度計(jì)人工測(cè)溫方法，測(cè)溫采用美國(guó)OZ光學(xué)有限公司生產(chǎn)的“分布式應(yīng)變和溫度傳感器（DSTS）”，使用標(biāo)準(zhǔn)通信光纖，可用于通信、也可用于測(cè)量應(yīng)變和溫度。光纖分布式應(yīng)變和溫度傳感器用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)距離范圍內(nèi)的應(yīng)變和溫度狀況，是監(jiān)控大型建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)的理想工具，溫度收集后采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)拾取記錄保存。（2）、技術(shù)先進(jìn)，溫度監(jiān)控精確。計(jì)算機(jī)自動(dòng)化定時(shí)定點(diǎn)記錄保存數(shù)據(jù)，外界環(huán)境干擾影響程度小，光纖感應(yīng)靈敏，數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)圖像分析，超過(guò)溫度設(shè)定數(shù)值自動(dòng)報(bào)警，溫度監(jiān)控精確，為混凝土養(yǎng)護(hù)提供有效保證。（3）、施工方便，安裝速度快捷。光纖鋪設(shè)方便，受現(xiàn)場(chǎng)距離限制小，線路易保護(hù)，鋪設(shè)速度快，設(shè)備安裝快捷。5、應(yīng)用、推廣及論文引用情況（在國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的作用影響及預(yù)期前景）本項(xiàng)目已在***集團(tuán)有限公司土建處第七項(xiàng)目部承建的鄭州山頂御鑫城8#樓工程基礎(chǔ)筏板施工中全面應(yīng)用，效果明顯，有力的推動(dòng)了公司建筑施工技術(shù)的進(jìn)步。御鑫城二期8#樓工程基礎(chǔ)大體積混凝土施工，成功的運(yùn)用了大體積混凝土計(jì)算機(jī)智能化溫度監(jiān)控施工技術(shù)，為基礎(chǔ)大體積混凝土溫度裂縫的控制提供了準(zhǔn)確有效的依據(jù)，保證了基礎(chǔ)大體積混凝土施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了混凝土施工溫度監(jiān)控智能化操作。6、經(jīng)濟(jì)效益情況效益的計(jì)算依據(jù)及說(shuō)明：大體積混凝土計(jì)算機(jī)智能化溫度監(jiān)控施工技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了大體積混凝土施工新的測(cè)溫控制方法，更準(zhǔn)確的反應(yīng)了大體積混凝土溫度數(shù)值，更有效的實(shí)現(xiàn)了混凝土溫度裂縫過(guò)程監(jiān)控控制。設(shè)備先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，溫度監(jiān)控精確。計(jì)算機(jī)自動(dòng)化定時(shí)定點(diǎn)記錄保存數(shù)據(jù)，外界環(huán)境干擾影響程度小，光纖感應(yīng)靈敏，數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)圖像分析，超過(guò)溫度設(shè)定數(shù)值自動(dòng)報(bào)警，溫度監(jiān)控精確，為混凝土溫度裂縫控制提供有效保證。光纖鋪設(shè)方便，受現(xiàn)場(chǎng)距離限制小，線路易保護(hù)，鋪設(shè)速度快，設(shè)備安裝快捷。采用計(jì)算機(jī)智能化溫度監(jiān)控技術(shù)，節(jié)約人工投入，避免因人的因素導(dǎo)致溫度測(cè)量數(shù)據(jù)不真實(shí)，更有效的服務(wù)于工程質(zhì)量，同時(shí)該方法可以應(yīng)用到各建筑結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施情況進(jìn)行測(cè)算，采用大體積混凝土計(jì)算機(jī)智能化溫度監(jiān)控施工技術(shù)節(jié)省人工及材料費(fèi)用約10萬(wàn)元。

7、社會(huì)效益大體積混凝土計(jì)算機(jī)智能化溫度監(jiān)控施工技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了大體積混凝土施工新的測(cè)溫控制方法，更準(zhǔn)確的反應(yīng)了大體積混凝土溫度數(shù)值，更有效的實(shí)現(xiàn)了混凝土溫度裂縫過(guò)程監(jiān)控控制。設(shè)備先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，溫度監(jiān)控精確。計(jì)算機(jī)自動(dòng)化定時(shí)定點(diǎn)記錄保存數(shù)據(jù)，外界環(huán)境干擾影響程度小，光纖感應(yīng)靈敏，數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)圖像分析，超過(guò)溫度設(shè)定數(shù)值自動(dòng)報(bào)警，溫度監(jiān)控精確，為混凝土溫度裂縫控制提供有效保證。光纖鋪設(shè)方便，受現(xiàn)場(chǎng)距離限制小，線路易保護(hù)，鋪設(shè)速度快，