التحكم في درجة الحرارة ومنع التشققات للسدود العالية

I. الخلفية والأهمية

مع البناء المتسارع للسدود العالية من فئة 200 متر إلى 300 متر في غرب الصين، أصبح التحكم في درجة الحرارة ومنع التشققات في السدود الخرسانية تحديات حرجة. وتتطلب ظاهرة 'لا سد بلا شقوق' تحقيق اختراقات مبتكرة من خلال تقنيات الحوسبة الحديثة، وعلوم المواد، وأنظمة الإدارة الذكية. وهذا يدفع إلى التحول من 'السدود الرقمية' (الحصول على البيانات وتحليل المحاكاة) إلى 'السدود الذكية' (التحكم الآلي واتخاذ القرار في الوقت الحقيقي)، مما يتيح إدارة سلامة دورة الحياة الكاملة للسدود العالية.

---

ثانيا. التقدم البحثي الرئيسي

1. مقاومة التشقق للمواد الخرسانية

1.1 تحسين المزيج :

• تقليل حرارة الترطيب عن طريق مخفضات الماء والرماد المتطاير (جرعة 40%-60%).

• الأسمنت القائم على MgO لتعويض الإجهاد الحراري.

1.2 المواد المتقدمة :

• يخفف الأسمنت البورتلاندي منخفض الحرارة (مثل الأسمنت عالي الفريت) من الصراعات بين الخرسانة عالية القوة والتحكم في درجة الحرارة.

• تتيح المواد الأسمنتية متعددة المكونات خرسانة مخصصة عالية الأداء.

1.3 التحديات :

• قوة الشد للعينات كاملة التدرج هي فقط 51%-61% من العينات التي تم فحصها على الرطب.

• تظل معاملات السلامة الحالية في المعايير متحفظة بشكل مفرط.

2. نظريات وطرق المحاكاة

2.1 تحليل العناصر المحدودة :

• تكنولوجيا محاكاة البناء الديناميكي الناضجة (على سبيل المثال، برنامج SAPTIS من قبل فريق الأكاديمي Zhu Bofang).

2.2 تحسينات الخوارزمية :

• تعزيز الكفاءة الحسابية عبر خوارزميات الطبقة الموسعة وطرق العناصر غير المتجانسة.

2.3 حدود المعلمة :

• ارتفاع درجة الحرارة الأديباتية ونماذج المعامل المرنة تفشل في الأخذ في الاعتبار بشكل كامل ما يلي:

• مرحلة متأخرة من حرارة ترطيب الرماد المتطاير.

• آثار تاريخ درجة الحرارة.

3. معايير السلامة ومعايير التحكم

3.1 عوامل السلامة المنقحة :

• تبالغ العينات التي تم فحصها على الرطب في تقدير مقاومة الشقوق (على سبيل المثال، عامل أمان مشروع Xiaowan: 0.927).

• تتطلب المعايير المحدثة الآن عوامل أمان تتراوح بين 1.5 و2.0.

3.2 تحسين التدرج في درجة الحرارة :

• الفرق في درجة الحرارة الأساسية : السدود الخرسانية المضغوطة تتجاوز حدود الكود (على سبيل المثال، مشروع لونجتان: 16 درجة مئوية).

• فرق درجة الحرارة بين الطبقات : تعديل ديناميكي يعتمد على طول كتلة الصب.

• فرق درجة الحرارة الداخلية والخارجية : عزل على مدار العام لمنع تشققات الموجة الباردة.

4. ممارسات التحكم في درجة الحرارة

4.1 الطرق التقليدية :

• أنابيب التبريد، والصب بدرجة حرارة منخفضة، وعزل الأسطح (على سبيل المثال، سد Three Gorges الخالي من التشققات).

4.2 الاستراتيجيات المبتكرة :

• 'التحكم الشامل في درجة الحرارة + العزل طويل الأمد' (تشو بوفانغ).

• تم تحسين بروتوكولات التبريد عبر ميكانيكا الكسر.

5. التوجهات المستقبلية: أنظمة السدود الذكية

5.1 التحول من الرقمي إلى الذكي :

• التبريد الذكي : تعديلات التدفق/درجة الحرارة في الوقت الحقيقي باستخدام أجهزة استشعار إنترنت الأشياء.

• المراقبة الآلية : استبدل إدخال البيانات اليدوي بتسجيل الضغط/درجة الحرارة المتزامن.

5.2 ابتكارات تقييم السلامة :

• المحاكاة السلوكية الحقيقية : دمج الضغوط المتبقية والتدرجات غير الخطية عبر طريقة SR (محاكاة العملية الكاملة + تقليل القوة).

• مراقبة دورة الحياة : دمج البيانات في الوقت الفعلي مع عمليات المحاكاة لتقييمات السلامة الديناميكية.

---

ثالثا. التحديات والتوصيات

---

رابعا. الأولويات البحثية المستقبلية

1. علم المواد :

• تصميم المعلمات الحرارية للخرسانة.

• الإنتاج الصناعي للأسمنت منخفض الحرارة.

2. الأنظمة الذكية :

• نماذج التحكم في درجة الحرارة المعتمدة على الذكاء الاصطناعي.

• معدات التبريد الآلي بالكامل.

3. تقييم السلامة :

• منصات المحاكاة السلوكية الحقيقية.

• توحيد طريقة SR في الرموز.

4. التحديثات التنظيمية :

• معايير مقاومة التشققات الخرسانية الكاملة.

• أطر التحكم في درجة الحرارة التكيفية.

---

خامسا الاستنتاج

تستعرض هذه الدراسة بشكل منهجي استراتيجيات التحكم في درجة الحرارة للسدود العالية، وتضع 'السدود الذكية' كحل نهائي لمعضلة 'لا سد بدون شقوق'. ومن خلال التقدم التآزري في المواد والخوارزميات والتحكم الذكي والمحاكاة السلوكية الحقيقية، يصبح من الممكن تحقيق إدارة سلامة دورة الحياة الكاملة للسدود من فئة 300 متر. توفر هذه الابتكارات دعمًا نظريًا وفنيًا بالغ الأهمية لمشاريع السدود الفائقة الارتفاع في الصين مع إنشاء معيار عالمي للهندسة الهيدروليكية الذكية.

تلتزم BGT Hydromet بمجال مراقبة سلامة الإدراك الذكي لـ DAMS، وقد شاركنا في بناء ما يقرب من 3000 خزان صغير في الصين لظروف مياه الأمطار وخدمات مراقبة سلامة السدود، مما يوفر ضمان معلومات دقيقة لإرسال السيطرة على فيضانات الخزان والتنبؤ والإنذار المبكر.