【摘要】：針對弧門主框架結(jié)構(gòu)布置(主梁懸臂長度、主框架單位剛度比、弧門半徑)及啟閉機(jī)布置時(shí),考慮工況單一、優(yōu)化目標(biāo)單一及以經(jīng)驗(yàn)為主而無法實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)的問題,依據(jù)現(xiàn)行水工閘門規(guī)范,采用多工況多目標(biāo)整體優(yōu)化的方法對閘門和啟閉機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行整體優(yōu)化,優(yōu)化目標(biāo)為:1)主橫梁跨中正彎矩與支座處負(fù)彎矩的絕對值相等,并且在正常蓄水位閘門全閉工況、校核水位瞬間開啟工況和閘門全部開啟3種工況下的最大值達(dá)到最小;2)弧門半徑達(dá)到最小,且不同工況下支臂端處負(fù)彎矩絕對值的最大值達(dá)到最小;3)液壓啟閉機(jī)的容量最小。根據(jù)規(guī)范確定以下約束條件:1)主橫梁的懸臂長度;2)主框架單位剛度比;3)液壓啟閉機(jī)在弧門啟閉全過程中的正常運(yùn)行條件;4)弧門半徑與門高比;5)液壓啟閉機(jī)啟門力的允許范圍;6)液壓啟閉機(jī)布置構(gòu)造要求。據(jù)此建立求解弧門主框架和啟閉機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置的多工況多目標(biāo)整體優(yōu)化模型。工程實(shí)例求得弧門主框架及啟閉機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置最優(yōu)時(shí)的優(yōu)化變量為:無量綱主梁懸臂長度為0.160,主框架單位剛度比為8.69,弧門半徑與門高比為1.3,啟閉機(jī)吊點(diǎn)位置距閘墩側(cè)墻無量綱距離為0.13,全閉時(shí)啟閉機(jī)的拉桿與支臂的夾角為34.6°。研究結(jié)果表明:采用多工況多目標(biāo)整體優(yōu)化的方法對弧門和啟閉機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行整體優(yōu)化,不僅方法簡潔實(shí)用,而且使弧門結(jié)構(gòu)控制內(nèi)力及啟閉機(jī)容量均大幅減小,實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的全局最優(yōu)布置,同時(shí)彌補(bǔ)了中美兩國現(xiàn)行規(guī)范及現(xiàn)有研究成果中不能考慮不同工況且主梁懸臂長度、主框架單位剛度比、弧門半徑以及液壓啟閉機(jī)布置均憑經(jīng)驗(yàn)選取的不足,又為中美規(guī)范的進(jìn)一步修訂完善提供了簡明方法。
[Abstract]:In view of the problems of the main frame structure arrangement (cantilever length of the main beam, unit stiffness ratio of the main frame, radius of the arc gate) and the layout of the opening and closing machine, considering the single working condition, the single optimization goal and the experience-based optimization, the global optimization can not be achieved. According to the current hydraulic gate code, the structural layout of gate and hoist system is optimized by the method of multi-working and multi-objective integral optimization. The optimization objective is as follows: 1) the absolute value of the positive moment in the span of the main beam is equal to the negative moment in the support. And when the normal water level gate is completely closed, the maximum value of the instantaneous opening condition of water level and the full opening of the gate reaches the minimum under the three working conditions of instantaneous opening of water level and all opening of sluice gate. 2) the radius of the arc gate reaches the minimum, and the absolute value of the negative bending moment at the end of the supporting arm reaches the minimum under different working conditions; 3) the capacity of the hydraulic hoist is the smallest. The following constraints are determined according to the specifications: 1) cantilever length of the main beam; 2) unit stiffness ratio of the main frame; 3) normal operating conditions of the hydraulic opening and closing machine in the whole process of opening and closing of the arc gate; 4) radius of the arc gate to the ratio of the door height; 5) the allowable range of the opening force of the hydraulic hoist; 6) the structural requirements of the arrangement of the hydraulic hoist. Based on this, a multi-objective and multi-objective optimization model is established to solve the structural layout of the main frame of arc gate and the hoist system. The optimization variables of the optimal structural arrangement of the arc gate main frame and the hoist system are as follows: the cantilever length of the dimensionless main beam is 0.160, the unit stiffness ratio of the main frame is 8.69, the radius of the arc gate to the gate height ratio is 1.3, The non-dimensional distance from the lifting point of the hoist to the side wall of the gate pier is 0.13, and the angle between the pulling rod and the supporting arm of the hoist is 34.6 擄when it is completely closed. The results show that the structural layout of arc gate and hoist system is optimized by the method of multi-operation and multi-objective integral optimization. The method is not only simple and practical, but also greatly reduces the internal force of arc gate structure control and the capacity of the hoist. The global optimal arrangement of the unified safety and economy of the system is realized. At the same time, the existing codes and research results in China and the United States can not take into account different working conditions, the cantilever length of the main beam and the unit stiffness ratio of the main frame can not be considered in the current codes and research results of China and the United States. Both the radius of arc gate and the arrangement of hydraulic opening and closing machine are selected by experience, and it also provides a concise method for the further revision and perfection of the Chinese and American codes.
【作者單位】： 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)寒區(qū)水工程安全研究中心;西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院;中國電建西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51179164) 國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012BAD10B02)
【分類號】：TV66

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3 馬s，

本文編號：2444463