在高寒地區(qū)修建混凝土拱壩,超低極端氣溫和超大年內(nèi)溫差等環(huán)境溫度荷載是影響混凝土結(jié)構(gòu)拉裂破壞的關(guān)鍵因素,因此分析結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化規(guī)律,開展長期保溫防裂措施的效果評價意義重大。為解決傳統(tǒng)保溫效果評價過程中溫度場蘊含規(guī)律和模式復(fù)雜,難以量化對比的問題,提出了一種基于時空聚類數(shù)據(jù)挖掘的混凝土壩保溫效果分區(qū)評價方法,即以多測點時空監(jiān)測數(shù)據(jù)為輸入,以改進的K-means聚類算法為分區(qū)手段,通過有效性函數(shù)自動確定聚類數(shù),降低聚類分析結(jié)果對參數(shù)的依賴性,解決了保溫效果評價分區(qū)時聚類數(shù)目難以確定的問題。實例應(yīng)用表明,該方法可對大體積混凝土內(nèi)部溫度測值和規(guī)律進行有效分區(qū),能充分反映合理實施保溫措施和維護保溫材料完好對結(jié)構(gòu)運行的重要性。 

【文章來源】：水電能源科學(xué). 2020,38(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

改進的K-means聚類算法流程圖

以最大壩高87.5m的某混凝土重力拱壩為研究對象，為了不間斷地同步測定混凝土內(nèi)部及表面的溫度變化，以#15壩塊為典型斷面，在6個不同高程的壩體內(nèi)部分別布設(shè)22支溫度計來量化大壩的溫度荷載變化，其中141.5、132.5、117.5、102.5m高程分別布置3支混凝土溫度計，87.5、70.5m高程分別布置5支溫度計，見圖2。圖2中TX-1溫度計的位置在壩體內(nèi)部距離壩體表面約1m；溫度計編號T3-2表示從壩基起第3排、從上游向下游第2支溫度計。溫度計選用NARI公司的NZWD型電阻溫度計，可用于監(jiān)測大壩混凝土內(nèi)部的溫度，也可用于水溫、氣溫的測量，主要技術(shù)指標(biāo)為量程-30～+70℃，測量精度±0.3℃，電阻溫度系數(shù)5℃/Ω，耐水壓0.5 MPa，溫度計的監(jiān)測頻次為每天上午8:00時測量1次。利用埋設(shè)在壩體內(nèi)的22支溫度計，獲取了2001年1月1日至2017年5月30日的壩體溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中，102.50 m高程T3-3溫度計由于儀器故障而失效，未取得該測點的有效監(jiān)測數(shù)據(jù)。受聚氨酯材料長期耐久性的影響，上游面134.00m高程附近由于長期水位升降變動和壩前涌浪作用而部分損壞，下游面118.00m高程檢查平臺因結(jié)構(gòu)不平順和人員勞作而部分損壞。

由表1可知，根據(jù)#15壩塊的實測壩體溫度場，改進K-means聚類算法將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類，聚類中心的溫度由高到低，聚類后壩體溫度測值的空間分布情況見圖3。由圖3可看出，壩體穩(wěn)定溫度場在增設(shè)保溫層前，總體規(guī)律為：(1)冬季典型日（2006年2月15日）壩體溫度由壩體內(nèi)部向壩體外部逐漸降低，壩體中部溫度最高，約為18.5℃，其次為上下游壩面溫度，約為10～14℃，壩頂溫度最低，低至5～6℃；夏季典型日（2006年8月15日）壩體溫度由壩頂、下游壩面向壩踵逐漸降低，壩頂和下游壩面溫度最高，約為34℃，壩踵深水區(qū)域溫度最低，接近該部位的庫水溫度，約11℃。(2)冬季溫度低溫區(qū)主要在上游壩面水位變動區(qū)至壩頂區(qū)域；夏季溫度高溫區(qū)主要分布在上游水位變動區(qū)至壩頂區(qū)域及下游壩面高程118.0m以下區(qū)域。綜合分析全年的溫度變化分區(qū)可得，壩體內(nèi)部溫度受外界環(huán)境影響較大的區(qū)域為上游水位變動區(qū)至壩頂及下游壩面在118.0m高程以下部位。因此，對壩體采取保溫措施時，從節(jié)材的角度考慮，可對這兩個受環(huán)境變化影響較大的區(qū)域采用相同的保溫措施。為了削減該混凝土重力拱壩壩體溫度荷載，優(yōu)化大壩工作性態(tài)，于2009年補強加固期間，采用噴射發(fā)泡聚氨酯保溫材料的方式設(shè)置了壩體表面保溫層。聚氨酯保溫材料噴涂總面積24 180m2。噴涂范圍為從壩頂防浪墻到上游壩面水位變動區(qū)118.0m高程，噴涂厚度5cm；下游壩面從壩頂至壩腳，其中壩頂至118.0m高程噴涂厚度3.5cm,118.0m高程至壩腳噴涂厚度5cm。由此可知，本文提出的改進K-means聚類算法對壩體溫度的分區(qū)是合理的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3481443