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1、第23卷第6期水电能源科学Vol.23No.62005年12月WaterResourcesandPowerDec.2005文章编号:100027709(2005)0620031203基于遗传算法的泵站混凝土热学参数反演分析121马跃峰肖志乔朱岳明(1.河海大学水利水电工程学院,江苏南京210098;2.上海市水利工程设计研究院,上海200063)摘要:根据施工现场实测资料,在温度场三维有限元仿真计算的基础上,运用遗传算法对泵站混凝土的热学参数进行反演分析。反演结果表明,计算值与实测值较接近,误差较小;反演结果可靠,且反演收敛速度快,效率高。
2、关键词:泵站;混凝土;热学参数;反演分析;遗传算法中图分类号:TV315文献标志码:A混凝土绝热温升(℃);t为时间(d);τ为龄期(d)。1概述初始条件:T=T(x,y,z,0)=T0(2)边界条件:温度计算的关键之一就是混凝土热学特性参第一类已知温度边界T(τ)=f(τ)[1]5数的确定。这些参数的选取是否恰当,将直接T第二类绝热边界=05n(3)影响温度仿真计算结果的可靠性。通常通过经验公式或试验得到仿真计算中的参数,但往往与实第三类热交换边界-λ5T=β(T-Ta)5n际出入较大。为了克服这些缺陷,可通过现场实式中,n为表面法线方向
3、;λ为混凝土导热系数,测数据进行反分析以获取热学特性参数,这将成kJ/(m·h·℃);β为混凝土表面放热系数,为部分替代实验室选取参数的有效途径之一。2kJ/(m·h·℃)。在混凝土的温度计算中,表面放热系数和绝2.2遗传算法基本理论热温升是计算中比较重要的参数,而且受影响的遗传算法是基于生物进化仿生学算法的一种,因素较多,不确定性较强,有必要通过施工现场实建立于达尔文生物进化的“物竞天择,适者生存”的测资料的反演分析获取。本文利用三维有限元技基本理论之上,是一种自适应概率性全局优化搜索术,采用遗传算法对南水北调东线宝应泵站工程算法,可处理
4、设计变量离散、目标函数多峰值且导数进水流道混凝土的绝热温升和表面放热系数进行不存在、可行域狭小且为凹形等优化问题。其实现反演分析,收到了很好的效果。[3]过程可分为以下几步:编码、初始化过程、构造适应度函数、选择算子、交叉算子和变异算子。2基本理论3工程实例2.1温度场基本理论在计算域R内任何一点处,非稳定温度场[2]宝应泵站枢纽工程位于江苏省宝应县境内,T(x,y,z,t)须满足热传导方程222是南水北调东线一期工程的水源工程。泵站共45T5T5T5T5θ=a2+2+2+(1)孔,采用肘形流道进水,进水流道结构形式复杂,5t5x5y5z5
5、τ2混凝土体积较大,是温控防裂研究的重点部位。式中,T为温度(℃);a为导温系数(m/h);θ为收稿日期:2005211211基金项目:水利部科技创新重点项目资助(SCXC2003210);河海大学院士学科发展基金资助(HHUYS003)作者简介:马跃峰(19802),男,博士研究生,研究方向为水工结构工程混凝土温控防裂,E2mail:mayuefenghhu@163.com·32·水电能源科学2005年本文取泵站进水流道边孔的一半作为研究对象,在泵站施工中,进水流道边墩外侧采用钢模仿真计算网格如图1所示,测点布置如图2所示。板,流道内侧肘
6、部采用2.5cm厚的木模板,其他部位采用1.5cm厚的竹胶模板。进水流道混凝土浇筑完毕后,上部平台用两层草袋覆盖。混凝土表面放热系数与风速直接相关,施工现场平均风速为0.5m/s,反演所得钢模板和草袋覆盖下的放热系数为有风时的表面放热系数;进水流道洞口采用挂帘封闭,内部风速几乎为零,因此反演得到的竹胶模板和木模板的放热系数为无风时的表面放热系数。混凝土绝热温升和表面放热系数反演结果见表1,图3为测点实测温度图1计算网格图值与反演参数计算值的比较。从图3可看出,反演参数计算值与实测值比较接近,误差较小,反演结果可靠,而且反演计算的收敛速度很快
7、。这说明,遗传算法在混凝土热学参数反问题求解中具有精度高、反演快的优越性,克服了传统的梯度优化方法搜索速度随反演参数增多呈级数减慢、容易陷入局部极值点和误差传递导致不收敛等缺点,值得在工程领域参数反演中推广。4结论热学参数反分析对混凝土的温控防裂研究具有重要意义,有助于加深对混凝土温度的认识和理解,加强对具体工程的指导。遗传算法在混凝图2进水流道测点布置示意图土热学参数反分析求解中的高效性,再次证明该表1混凝土热学参数反演结果2-1表面放热系数β/kJ·(m·h·℃)绝热温升有风无风/℃表面裸露钢模板草袋覆盖表面裸露木模板竹胶模板0.956
8、9-0.3689τ)24.9024.907.4720.4212.7911.8845.37(1-e图3测点实测温度值与反演参数计算值比较第23卷第6期水电能源科学Vol.23No.
