[发明专利]基于力学分析的倒虹吸结构应变监测预警方法

说明书

本发明提供一种基于力学分析的倒虹吸结构应变监测预警方法，属于水工建筑物监测技术领域。该方法根据倒虹吸结构建立倒虹吸三维仿真模型；模拟倒虹吸在运行过程中所有可能的力学载荷，并进行有限元力学求解；根据求得的仿真结果获取倒虹吸应力、应变最大值产生的断面，即薄弱断面；对倒虹吸结构的薄弱断面安装土压力计和混凝土应变计；将仿真结果与实际监测数据进行对比，优化有限元模型，对薄弱断面进行更精确的有限元求解；根据仿真结果，并结合混凝土的本构关系，制定预警指标。该方法适用于倒虹吸结构，采用本发明可对倒虹吸结构薄弱断面进行定位，可对倒虹吸结构的失效进行有效监测预警。

技术领域

本发明涉及水工建筑物监测技术领域，特别是指一种基于力学分析的倒虹吸结构应变监测预警方法。

背景技术

在水利工程中，倒虹吸结构作为一种交叉水工建筑物，被广泛应用于各种输水工程，是输水工程的重要组成部分。倒虹吸结构一旦发生破坏或产生过大的变形，就可能会影响输水工程的安全稳定，甚至使周围建筑物产生严重破坏。对倒虹吸进行科学监测与预警是保障输水工程安全的基础与前提。

倒虹吸投入运营之后，其管内所承受的水压随输水量的变化而变化，使倒虹吸管身钢筋混凝土结构受力状况不断变化。所以，对倒虹吸结构进行监测预警至关重要。然而，现有的相关规范、标准中并未明确给定倒虹吸结构的监测预警设定方法，如何对倒虹吸结构实施有效监测预警仍是水利行业的一个难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于力学分析的倒虹吸结构应变监测预警方法，为保障倒虹吸结构安全运行提供一种更为科学、便利的方法。

该方法包括步骤如下：

(1)根据倒虹吸管身结构及倒虹吸管身周围土层结构建立倒虹吸三维仿真模型；

(2)模拟倒虹吸结构在运行过程中所有可能的力学载荷，并进行有限元力学求解，获取倒虹吸结构仿真结果；

(3)根据倒虹吸结构的仿真结果判断结构的受力状况，从而实现对结构薄弱断面的定位；

(4)将步骤(3)所得到的薄弱断面作为监测对象，布置混凝土应变计，实施监测；

(5)将步骤(2)得到的仿真结果与步骤(4)中实际监测数据进行对比，优化有限元模型，对薄弱断面进行更精确的有限元求解；

(6)根据步骤(5)中求解结果，结合混凝土的本构关系，制定预警指标。

其中，步骤(1)中倒虹吸三维仿真模型按照1:1的尺寸比例构建。

倒虹吸三维仿真模型采用有限元法构建。

倒虹吸结构仿真结果包括应力与应变分布云图。

步骤(3)具体为：根据步骤(2)中得到的倒虹吸结构仿真结果，分别找到应力、应变最大值出现的位置，对薄弱断面进行定位。

步骤(6)中具体为：取倒虹吸管身钢筋混凝土结构出现混凝土最大抗压强度时所对应的混凝土应变值作为红色预警值。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明利用有限元力学分析方法，通过力学仿真，准确定位倒虹吸结构薄弱断面，为倒虹吸结构监测仪器的布置提供依据。

2、本发明结合有限元力学模型和实际的监测数据，设定红色预警值，可对倒虹吸结构实施有效的监测预警。

3、本发明对倒虹吸结构实施有效的监测预警提供了一种简单、科学的方法，且具有成本低廉的优点。

附图说明

图1为本发明的基于力学分析的倒虹吸结构应变监测预警方法流程图；

图2为本发明实施例中三维有限元模型建模示意图；