本發(fā)明屬于公路橋梁工程，具體涉及一種橋梁承臺大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、根據《公路橋涵施工技術規(guī)范》(jtg/t?3650-2020)中的定義，體積較大的、可能由膠凝材料水化熱引起的溫度應力導致有害裂縫的結構混凝土，稱為大體積混凝土。作為橋梁結構的重要組成部分，承臺不僅承受和分布由墩身傳遞的荷載，還因其體積大、水泥用量多，在施工過程中易產生大量水化熱，導致溫度應力增加，進而產生有害裂縫，因此，橋梁承臺施工屬于大體積混凝土工程。由于混凝土是熱的不良導體，熱量聚集在橋梁承臺混凝土內部難以散發(fā)，而表面散熱較快，導致內部和表面形成較大溫差，進而產生較大的溫度應力，使混凝土產生裂縫甚至貫穿裂縫。裂縫不僅會影響橋梁外觀質量，還會導致橋梁承載能力下降，嚴重威脅橋梁結構安全與交通安全。

2、為了防止或減少裂縫的產生，通常會在承臺內部布置冷卻水管，并通入冷卻水，以減小混凝土內部與表面的溫差，在實際工程中主要通過調節(jié)冷卻水的溫度和流速來實現。然而，橋梁承臺施工現場的混凝土溫度調控普遍依賴人工控制，這導致在夜間等時段難以及時發(fā)現混凝土溫度達到預警閾值，并采取相應調整措施。此外，從監(jiān)測方發(fā)現警報到施工方和現場人員采取行動的反饋流程冗長復雜，往往導致錯過最佳調控時機。因此，當前由人工控制的大體積混凝土溫控系統(tǒng)存在自動化和智能化程度低、響應遲緩等問題，難以實現及時、快速、有效的橋梁承臺大體積混凝土溫控措施。

3、現有技術中，一種大體積混凝土溫度智能調控方法，該方法通過采用一種智能調控設備，能夠根據混凝土內部溫度變化實時動態(tài)調整循環(huán)水的溫度、流速及流動方向，實現對混凝土溫度的智能、動態(tài)和高效調控；其中，為了實現實時動態(tài)調整循環(huán)水的溫度，采用了循環(huán)水溫度調節(jié)器直接對從大體積混凝土結構中流出的循環(huán)水的溫度進行調控，而從大體積混凝土結構中流出的循環(huán)水的溫度是不斷變化的，因此，循環(huán)水溫度調節(jié)器需持續(xù)不斷運行才能實現實時動態(tài)調整循環(huán)水的溫度，而這需要消耗大量能量(如電能)，且該方法未考慮如何實現循環(huán)水溫度實時動態(tài)調整的精準性；此外，智能調控設備的運行需要用電，而大體積混凝土工程的施工工期較長，該方法未考慮如何在施工現場為智能調控設備提供長期持續(xù)不斷的電力供應。

4、另外，現有技術一種混凝土智能動態(tài)溫控方法，該方法通過布設冷卻水管實現溫控，通過布設溫度傳感器測量混凝土實時溫度，通過溫度傳感器采集的溫度進行狀態(tài)判別，并給出不同的溫度調控方法，實現動態(tài)溫控；其中，為了實現動態(tài)溫控，在冷卻水管進水口設置有第一水箱，第一水箱中設置有加熱裝置(電熱絲)和制冷裝置(風冷裝置或冷水水源)，然而，在水箱中設置加熱裝置和制冷裝置，難以實現快速、精準地調控水箱中大量冷卻水的溫度。

5、綜上所述，現有大體積混凝土溫控系統(tǒng)仍存在諸多不足，有待改進。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發(fā)明提供一種橋梁承臺大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)的自動化和智能化程度高，對施工現場環(huán)境和條件適應性強，能夠自動獲取橋梁承臺大體積混凝土結構表層和中心溫度、環(huán)境溫度和冷卻水溫度，并能根據不同溫度變化情況快速、精準地調控冷卻水的溫度及流速，在節(jié)約人工干預成本和能源消耗的情況下提高橋梁承臺大體積混凝土結構的溫度采集及調控效率，從而達到防止或減少橋梁承臺大體積混凝土開裂的目的。

2、為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種橋梁承臺大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)，包括：

4、水處理裝置，用于處理抽取的橋梁承臺施工現場的水；

5、溫度采集裝置，用于獲取布設在水處理裝置內部以及橋梁承臺大體積混凝土結構的溫度傳感器檢測得到的溫度數據；

6、系統(tǒng)總控裝置，與所述水處理裝置以及所述溫度采集裝置連接，用于接收所述溫度數據并調控所述水處理裝置；

7、無線通訊裝置，與所述系統(tǒng)總控裝置連接，用于傳輸所述系統(tǒng)總控裝置接收以及產生的數據；

8、云平臺，用于接收并存儲所述無線通訊裝置傳輸的數據供用戶查看，并下發(fā)用戶指令；

9、供電裝置，用于為所述水處理裝置、溫度采集裝置、系統(tǒng)總控裝置以及無線通訊裝置供電。

10、優(yōu)選的，所述水處理裝置包括：

11、主水管，設置有主水管進水口和主水管出水口；主水管出水口與沿橋梁承臺高度方向布設的冷卻水管進水口連通；主水管進水口與所述冷卻水管出水口連通；

12、三通球閥，設置有冷卻水入口、第一冷卻水出口和第二冷卻水出口；其中，所述冷卻水入口與所述主水管進水口一端連通；

13、冷水箱，內部設有制冷器和冷水溫度傳感器，其中，所述冷水溫度傳感器用于檢測冷水箱中冷水的溫度；所述冷水箱與所述第二冷卻水出口通過所述主水管連通；

14、熱水箱，內部設有加熱器和熱水溫度傳感器，其中，所述熱水溫度傳感器用于檢測熱水箱中熱水的溫度；所述熱水箱與所述第一冷卻水出口通過所述主水管連通；

15、恒溫混水閥，設置有冷水入口、熱水入口和混合水出口，用于對冷水和熱水進行混合和調節(jié)，使從混合水出口流出的冷卻水的溫度達到設定值；

16、第一變頻水泵，設置在連接冷水入口與所述冷水箱的所述主水管上；

17、第二變頻水泵，設置在連接熱水入口與所述熱水箱的所述主水管上；

18、所述恒溫混水閥通過與所述第一變頻水泵和所述第二變頻水泵聯動控制冷卻水的流速。

19、優(yōu)選地，抽取橋梁承臺施工現場的水至冷水箱和熱水箱中，所述水處理裝置處理抽取的橋梁承臺施工現場的水的方法包括：接收云平臺或系統(tǒng)總控裝置的控制命令，控制冷水箱中的制冷器和/或熱水箱中的加熱器以及恒溫混水閥，以實現對主水管中冷卻水的溫度的調控；控制第一變頻水泵和/或第二變頻水泵以及恒溫混水閥，以實現對主水管中冷卻水的流速的調控。

20、優(yōu)選的，布設在橋梁承臺大體積混凝土結構的溫度傳感器包括混凝土表層溫度傳感器以及混凝土中心溫度傳感器；其中，混凝土表層溫度傳感器用于采集混凝土表層的溫度，混凝土中心溫度傳感器用于采集混凝土中心的溫度；

21、所述溫度傳感器還包括環(huán)境溫度傳感器以及冷卻水出水溫度傳感器；其中，環(huán)境溫度傳感器用于采集橋梁承臺施工現場的環(huán)境溫度，冷卻水出水溫度傳感器用于采集沿橋梁承臺高度方向布設的冷卻水管的出水口的水溫。

22、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)總控裝置與三通球閥、制冷器、加熱器、第一變頻水泵、第二變頻水泵、恒溫混水閥、溫度采集裝置和無線通訊裝置連接。

23、優(yōu)選的，所述供電裝置采用ups蓄電池，其中，所述ups蓄電池采用施工現場的交流電或太陽能板充電。

24、本發(fā)明提供一種橋梁承臺大體積混凝土智能溫控方法，應用所述智能溫控系統(tǒng)，包括以下步驟：

25、系統(tǒng)總控裝置接收溫度采集裝置獲取的混凝土中心溫度傳感器、混凝土表層溫度傳感器以及環(huán)境溫度傳感器檢測得到的溫度數據，并將混凝土中心溫度傳感器的溫度值作為混凝土中心溫度，將所有混凝土表層溫度傳感器的溫度值的平均值作為混凝土表層溫度，將環(huán)境溫度傳感器的溫度值作為環(huán)境溫度，同時，將所述混凝土中心溫度與所述混凝土表層溫度之差作為混凝土內表溫差；

26、通過系統(tǒng)總控裝置分析所述混凝土中心溫度，并對橋梁承臺大體積混凝土處于升溫階段或降溫階段進行判斷；

27、在升溫階段，系統(tǒng)總控裝置控制第一變頻水泵、第二變頻水泵和恒溫混水閥，使混合水出口流出的冷卻水的溫度在第一預設溫度與第二預設溫度之間，并控制冷卻水流速在第一預設流速與第二預設流速之間；隨著混凝土溫度升高，若所述系統(tǒng)總控裝置接收到的混凝土中心溫度達到或超過第一溫度閾值，或所述系統(tǒng)總控裝置計算得到的混凝土內表溫差達到或超過第二溫度閾值，則控制冷卻水流速增大至第二預設流速，同時控制冷卻水溫度至第一預設溫度；若增大冷卻水流速至第二預設流速，且控制冷卻水溫度至第一預設溫度后，混凝土內表溫差仍超過第二溫度閾值，則進行溫度預警；其中，所述第一預設溫度與所述第二預設溫度均隨混凝土中心溫度變化，第一預設溫度和第二預設溫度均小于混凝土中心溫度；第一預設溫度小于第二預設溫度；第一預設溫度為混凝土中心溫度減去第一設定值，第一設定值的優(yōu)選值為20℃，第二預設溫度為混凝土中心溫度減去第二設定值，第二設定值的優(yōu)選值為15℃；第一溫度閾值在65～70℃之間，第二溫度閾值在20～25℃之間；第一預設流速的優(yōu)選值為0.6m/s，第二預設流速的優(yōu)選值為1.0m/s；

28、在降溫階段，系統(tǒng)總控裝置根據所述混凝土中心溫度計算混凝土降溫速率，并根據混凝土中心溫度和所述混凝土降溫速率，控制冷卻水溫度和流速，使冷卻水溫度在所述第一預設溫度與第三預設溫度之間，混凝土降溫速率不大于降溫速率閾值；若混凝土降溫速率達到或超過降溫速率閾值，則控制冷卻水溫度在第一預設溫度與第三預設溫度之間升高；若升高冷卻水溫度至第三預設溫度后，混凝土降溫速率仍超過降溫速率閾值，則控制冷卻水流速增大至所述第二預設流速；若升高冷卻水溫度至第三預設溫度，且增大冷卻水流速至第二預設流速后，混凝土降溫速率仍超過降溫速率閾值，則進行溫度預警；其中，第三預設溫度隨混凝土中心溫度變化，第三預設溫度大于混凝土中心溫度，第三預設溫度為混凝土中心溫度加上第三設定值，第三設定值的優(yōu)選值為20℃；降溫速率閾值為2℃/天；

29、根據升溫階段和降溫階段對橋梁承臺大體積混凝土的動態(tài)溫控，將橋梁承臺大體積混凝土養(yǎng)護至預設要求，關閉智能溫控系統(tǒng)；其中，所述預設要求為：所述混凝土內表溫差不大于設定溫差值，且所述混凝土中心溫度與所述環(huán)境溫度之差小于設定溫差值；所述設定溫差值的優(yōu)選值為15℃。

30、優(yōu)選的，對橋梁承臺大體積混凝土處于升溫階段或降溫階段進行判斷包括：

31、當混凝土中心溫度連續(xù)設定時長的平均值大于前一設定時長的平均值，則為升溫階段，反之則為降溫階段；例如，混凝土中心溫度連續(xù)一小時的平均值大于前一小時的平均值，則為升溫階段，反之則為降溫階段。

32、優(yōu)選的，還包括關閉智能溫控系統(tǒng)后，抽空智能溫控系統(tǒng)中的水，斷開混凝土表層溫度傳感器和混凝土中心溫度傳感器與溫度采集裝置的連接，并將殘余水排出，吹干水管，采用不低于混凝土強度等級的微膨脹砂漿或凈漿對斷口處進行壓漿封堵。

33、優(yōu)選的，在升溫階段，系統(tǒng)總控裝置控制三通球閥的第一冷卻水出口處于開啟狀態(tài)、第二冷卻水出口處于關閉狀態(tài)，使從冷卻水管出水口流出的冷卻水經第一冷卻水出口進入熱水箱。

34、優(yōu)選的，在降溫階段，系統(tǒng)總控裝置接收冷水溫度傳感器和冷卻水出水溫度傳感器的溫度數據，若冷卻水出水溫度傳感器的溫度值大于冷水溫度傳感器的溫度值，則控制三通球閥的第一冷卻水出口處于開啟狀態(tài)、第二冷卻水出口處于關閉狀態(tài)，使從冷卻水管出水口流出的冷卻水經第一冷卻水出口進入熱水箱；若冷卻水出水溫度傳感器的溫度值不高于冷水溫度傳感器的溫度值，則控制三通球閥的第一冷卻水出口處于關閉狀態(tài)、第二冷卻水出口處于開啟狀態(tài)，使從冷卻水管出水口流出的冷卻水經第二冷卻水出口進入冷水箱。

35、與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

36、1.通過設置冷水箱和熱水箱，并采用恒溫混水閥對冷水和熱水進行混合和調節(jié)，可在無需人工控制和節(jié)約能源消耗(如節(jié)約電能將水加熱至設定溫度)的情況下，實現對冷卻水溫度的快速、精準調控，同時，通過設置制冷器和加熱器，可在極端氣溫天氣等情況下也能自動控制冷卻水溫度達到設定值，對施工現場環(huán)境適應性強；

37、2.通過采用ups蓄電池，能夠應對施工現場因突發(fā)斷電而導致智能溫控系統(tǒng)停止運行的情況，同時，ups蓄電池可利用施工現場的交流電或采用太陽能板進行充電，對施工現場條件適應性強，并且，采用太陽能板進行充電能夠實現長期持續(xù)穩(wěn)定地為智能溫控系統(tǒng)供電，解決智能溫控系統(tǒng)長期運行不間斷供電困難的問題；

38、3.本發(fā)明的橋梁承臺大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)的自動化程度高，并提供了不同情況下冷卻水溫度和流速的控制方法，智能化程度高，通過采用本發(fā)明的橋梁承臺大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)及方法，能夠根據不同情況自動調控冷卻水溫度和流速，實現對橋梁承臺大體積混凝土結構溫度的及時、快速和有效控制，達到防止或減少橋梁承臺大體積混凝土結構開裂的目的，同時可降低人工干預成本，節(jié)約能源消耗。