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弧门主框架及启闭机系统结构布置的多工况多目标优化

发布时间:2019-03-20 17:55
【摘要】:针对弧门主框架结构布置(主梁悬臂长度、主框架单位刚度比、弧门半径)及启闭机布置时,考虑工况单一、优化目标单一及以经验为主而无法实现全局最优的问题,依据现行水工闸门规范,采用多工况多目标整体优化的方法对闸门和启闭机系统结构布置进行整体优化,优化目标为:1)主横梁跨中正弯矩与支座处负弯矩的绝对值相等,并且在正常蓄水位闸门全闭工况、校核水位瞬间开启工况和闸门全部开启3种工况下的最大值达到最小;2)弧门半径达到最小,且不同工况下支臂端处负弯矩绝对值的最大值达到最小;3)液压启闭机的容量最小。根据规范确定以下约束条件:1)主横梁的悬臂长度;2)主框架单位刚度比;3)液压启闭机在弧门启闭全过程中的正常运行条件;4)弧门半径与门高比;5)液压启闭机启门力的允许范围;6)液压启闭机布置构造要求。据此建立求解弧门主框架和启闭机系统结构布置的多工况多目标整体优化模型。工程实例求得弧门主框架及启闭机系统结构布置最优时的优化变量为:无量纲主梁悬臂长度为0.160,主框架单位刚度比为8.69,弧门半径与门高比为1.3,启闭机吊点位置距闸墩侧墙无量纲距离为0.13,全闭时启闭机的拉杆与支臂的夹角为34.6°。研究结果表明:采用多工况多目标整体优化的方法对弧门和启闭机系统结构布置进行整体优化,不仅方法简洁实用,而且使弧门结构控制内力及启闭机容量均大幅减小,实现了该系统安全性与经济性统一的全局最优布置,同时弥补了中美两国现行规范及现有研究成果中不能考虑不同工况且主梁悬臂长度、主框架单位刚度比、弧门半径以及液压启闭机布置均凭经验选取的不足,又为中美规范的进一步修订完善提供了简明方法。
[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 掳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.
【作者单位】: 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心;西北农林科技大学水利与建筑工程学院;中国电建西北勘测设计研究院有限公司;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(51179164) 国家科技支撑计划资助项目(2012BAD10B02)
【分类号】:TV66

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