一种预应力混凝土衬砌的监测系统的制作方法

本申请涉及建筑，具体而言，涉及一种预应力混凝土衬砌的监测系统。

背景技术：

1、开展相应混凝土绝热温升的反演分析，得出反映工程实际的混凝土真实绝热温升参数，依据反演参数进行混凝土结构的反馈分析，能够更加准确地指导工程施工。现有技术中仿真与工程实际数据的处理相对独立，工程实际数据的获取更是需要耗费大量人力测量大体积的数据，反演分析计算效率不高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种预应力混凝土衬砌的监测系统，以提高反演分析的计算效率。

2、第一方面，本申请提供了一种预应力混凝土衬砌的监测系统，监测系统包括：

3、采集模块，采集模块用于获取布置在预应力混凝土衬砌的目标标段上的监测数据；

4、反演模块，反演模块用于基于采集模块发送的监测数据进行反演，以获取目标热力学参数；

5、分析模块，分析模块用于根据采集模块发送的监测数据以及反演模块发送的目标热力学参数，确定预应力混凝土衬砌的温度变化信息、以及确定预应力混凝土衬砌所产生的裂缝类型和影响因素，温度变化信息用于确定预应力混凝土衬砌的浇筑温度。

6、优选的，采集模块至少包括：

7、多个监测单元，每个监测单元的输出端与通讯单元连接；

8、通讯单元，通讯单元用于将接收到的所有监测单元采集到的监测数据上传至云端。

9、优选的，监测单元为应变计、应力计、测缝计、温度计中的一个或多个的组合，通过以下方式在预应力混凝土衬砌中布置监测单元：根据预应力混凝土衬砌标段的类型，确定出对应的预应力混凝土衬砌结构中的至少一个监测断面的位置；针对每个监测断面，确定出该监测断面中的多个监测单元的埋设节点；针对每个监测断面，在确定出的埋设节点中预设对应的监测单元。

10、优选的，预应力混凝土衬砌的节段长度为11.84米，其中，第一监测断面为距离预应力混凝土衬砌的节段边缘0.42米处的衬砌厚度断面，第二监测断面为距离预应力混凝土衬砌的节段边缘2.42米处的衬砌厚度断面，第三监测断面为距离预应力混凝土衬砌的节段边缘5.92米处的衬砌厚度断面。

11、优选的，针对任一衬砌厚度断面，确定出该监测断面中的多个监测单元的埋设节点的步骤，具体包括：在预应力混凝土衬砌的该衬砌厚度断面上沿环向90°至360°的范围内，按照45°的间隔埋设环向应变计，且每个环向应变计位于预应力混凝土衬砌的厚度中心环面上；在预应力混凝土衬砌的该衬砌厚度断面上的锚索内侧沿环向90°至360°的范围内，按照45°的间隔埋设径向应变计，其中，每个径向应变计布置在对应的预应力钢绞线目标方向的10毫米处，且每个径向应变计的轴向中心位于对应的预应力钢绞线所在环面上；在预应力混凝土衬砌内侧环向钢筋和外侧环向钢筋上沿环向0°至315°的范围内，按照45°的间隔埋设钢筋应力计，其中，内侧环向钢筋沿环向45°的埋设节点不设置钢筋应力计。

12、优选的，目标热力学参数至少包括温度膨胀系数、导温系数、表面放热系数以及绝热温升值，反演模块通过以下方式获取目标热力学参数：根据应力计所采集的应力数据，确定出温度膨胀系数；根据温度计所采集的温度数据，确定出导温系数；根据空气导热系数、风速以及混凝土的粘滞系数和混凝土的粗糙度系数，确定出表面放热系数；根据混凝土的含量和比例以及混凝土的浇筑温度，确定出绝热温升值。

13、优选的，分析模块包括：温度分析单元，温度分析单元用于根据温度计所采集的温度数据，绘制每个监测断面对应的温度过程对比曲线，温度过程对比曲线用于指示对应的监测断面中所有埋设节点处的温度变化；混凝土形变分析单元，混凝土形变分析单元用于根据应力计所采集的应力数据，确定出预应力混凝土衬砌所产生的至少一个裂缝的宽度值和/或长度值。

14、优选的，监测系统还包括模型构建模块，模型构建模块用于根据输入的温度应力参数结合实际浇筑信息，构建预应力混凝土的有限元仿真模型；反馈模块，反馈模块用于根据目标热力学参数和预应力混凝土的有限元仿真模型进行浇筑过程的仿真，以获取每个监测断面在不同龄期的最高温度值、拉应力值和安全系数值。

15、优选的，还包括在布置每个环向应变计、径向应变计和钢筋应力计时，同步布置一个温度计。

16、优选的，监测数据至少包括每个埋设节点的位移值、应力值和温度值。

17、本申请提供的一种预应力混凝土衬砌的监测系统，监测系统包括采集模块，采集模块用于获取布置在预应力混凝土衬砌的目标标段上的监测数据；反演模块，反演模块用于基于采集模块发送的监测数据进行反演，以获取目标热力学参数；分析模块，分析模块用于根据采集模块发送的监测数据以及反演模块发送的目标热力学参数，确定预应力混凝土衬砌的温度变化信息、以及确定预应力混凝土衬砌所产生的裂缝类型和影响因素，温度变化信息用于确定预应力混凝土衬砌的浇筑温度，提高了工程实际数据的采集和处理效率以及隧洞施工期跟踪反演效率。

18、为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种预应力混凝土衬砌的监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述采集模块至少包括：

3.根据权利要求2所述的监测系统，其特征在于，所述监测单元为应变计、应力计、测缝计、温度计中的一个或多个的组合，通过以下方式在预应力混凝土衬砌中布置所述监测单元：

4.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述预应力混凝土衬砌的节段长度为11.84米，其中，第一监测断面为距离预应力混凝土衬砌的节段边缘0.42米处的衬砌厚度断面，第二监测断面为距离预应力混凝土衬砌的节段边缘2.42米处的衬砌厚度断面，第三监测断面为距离预应力混凝土衬砌的节段边缘5.92米处的衬砌厚度断面。

5.根据权利要求4所述的监测系统，其特征在于，针对任一所述衬砌厚度断面，所述确定出该监测断面中的多个监测单元的埋设节点的步骤，具体包括：

6.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述目标热力学参数至少包括温度膨胀系数、导温系数、表面放热系数以及绝热温升值，所述反演模块通过以下方式获取目标热力学参数：

7.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述分析模块包括：

8.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括：

9.根据权利要求5所述的监测系统，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述监测数据至少包括每个埋设节点的位移值、应力值和温度值。

技术总结
本申请提供了一种预应力混凝土衬砌的监测系统，监测系统包括采集模块用于获取布置在预应力混凝土衬砌的目标标段上的监测数据；反演模块用于基于采集模块发送的监测数据进行反演，以获取目标热力学参数；分析模块用于根据采集模块发送的监测数据以及反演模块发送的目标热力学参数，确定预应力混凝土衬砌的温度变化信息、以及确定预应力混凝土衬砌所产生的裂缝类型和影响因素，温度变化信息用于确定预应力混凝土衬砌的浇筑温度，提高了工程实际数据的采集和处理效率以及隧洞施工期跟踪反演效率。

技术研发人员：王振红,张士新,程严,汪娟,陈立华,张步,张凯恒,辛建达,金鑫鑫,侯文倩,郑晓阳,李辉
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15