本發(fā)明屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種弧門主框架結(jié)構(gòu)布置方法，具體地說，涉及一種基于多目標(biāo)多工況優(yōu)化的弧門主框架結(jié)構(gòu)布置方法。

背景技術(shù)：

針對我國現(xiàn)行的《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》和美國現(xiàn)行的《水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》、《溢洪道弧形閘門設(shè)計》中有關(guān)弧門主框架結(jié)構(gòu)布置的主橫梁懸臂長度、主橫梁與支臂單位剛度比選取考慮工況不全、取值隨意性強的問題，采用多目標(biāo)優(yōu)化的思想綜合考慮多種控制工況對弧門橫向主框架結(jié)構(gòu)布置進行優(yōu)化，即在正常蓄水位全閉和校核洪水位瞬間開啟等工況下，以主橫梁跨中正彎矩與支座處負彎矩代數(shù)和的絕對值和支臂端處彎矩絕對值的最大值同時達到最小以及全部開啟工況下主梁支座處負彎矩的絕對值最小和支臂端處彎矩絕對值的最大值同時達到最小為多目標(biāo)，以主橫梁懸臂長度、主橫梁與支臂單位剛度比和液壓啟閉機吊點位置為優(yōu)化變量，以規(guī)范構(gòu)造和運行為約束，建立弧門主框架多工況多目標(biāo)布置優(yōu)化模型；利用該多目標(biāo)優(yōu)化模型可以考慮啟閉力對懸臂長度的影響、還可確定出合理的吊點位置，也給出了單位剛度比的具體值，可保障弧門主框架的整體安全與經(jīng)濟，彌補了現(xiàn)行中美規(guī)范的不足，為工程設(shè)計及中美規(guī)范修訂提供理論基礎(chǔ)。

主框架是弧形閘門的主要承載結(jié)構(gòu)，決定著整個弧門結(jié)構(gòu)的安全與經(jīng)濟，承受著由面板和次梁等傳來的水壓力，并將此力傳給支鉸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于多目標(biāo)多工況優(yōu)化的弧門主框架結(jié)構(gòu)布置方法。

其具體技術(shù)方案為：

一種基于多目標(biāo)多工況優(yōu)化的弧門主框架結(jié)構(gòu)布置方法，

h為支臂的長度，c為主橫梁的懸臂長度，b為主橫梁跨中段長度，L為主橫梁的長度。框架建立的多工況多目標(biāo)優(yōu)化模型為：

式(1)中M_h0為c＝0，K₀＝1時的支臂端彎矩，這里的作用是消除c和K₀絕對尺寸的影響，也可以用其他彎矩值。λ＝c/L，γ＝d/L。(M_l0+M)₁，(M_l0+M)₂，(M)₃分別為正常蓄水位全閉和校核洪水位瞬間開啟等工況主梁跨中正彎矩和支座處負彎矩的代數(shù)和及全部開啟工況支座處的負彎矩；(M_h)₁，(M_h)₂，(M_h)₃分別為正常蓄水位全閉、校核洪水位瞬間開啟和全部開啟等工況支臂端處的彎矩值。

把弧門主框架的支臂端彎矩，主梁跨中彎矩和支座處彎矩帶入多工況多目標(biāo)優(yōu)化模型式(1)可得弧門主框架多工況多目標(biāo)優(yōu)化模型為：

式中F_Q為弧門的啟門力，F(xiàn)_Q1為弧門啟門力在主橫梁法向的分力。由式(2)可知該多工況多目標(biāo)優(yōu)化模型可用于弧門跨度(L)、作用水頭(q)和啟閉力(F_Q)已知的閘門布置中，并可求解出最合理主橫梁框架的懸臂長度、主橫梁與支臂的單位剛度比以及液壓啟閉機的吊點位置。并基于多目標(biāo)優(yōu)化中的理想點法采用MATHEMATIC9.0進行編程即可求解出合理的主橫梁懸臂長度、主橫梁和支臂的單位剛度比和液壓啟閉機的吊點位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過該優(yōu)化模型可以確定出具體的主橫梁懸臂長度，一般都小于0.2倍的主橫梁跨度，即懸臂長度都小于弧門主橫梁的懸臂長度，可保證主橫梁框架結(jié)構(gòu)更加安全和經(jīng)濟；可確定出主橫梁和支臂的單位剛度比為3，不再需要根據(jù)工程經(jīng)驗在3～11范圍內(nèi)取值了，避免實際工程中取值的隨意性，保證了框架結(jié)構(gòu)的安全；同時也可以確定出具體的啟閉機吊點位置A，同樣不再需要根據(jù)工程經(jīng)驗確定A點了。該布置方法具有科學(xué)合理的理論基礎(chǔ)，使實際工程中弧門框架結(jié)構(gòu)的布置更加合理，避免人為經(jīng)驗的隨意性，為弧門結(jié)構(gòu)的更加合理布置提供了新的方法和新的思路。

附圖說明

圖1是二支臂弧門框架示意圖；

圖2是三支臂弧門框架示意圖；

圖3是弧門橫向主框架的型式，其中圖3(a)-圖3(c)分別為三種不同的布置方式。

圖中：1為弧門的主橫梁，2為弧門支臂，3為弧門的縱梁，4為弧門的液壓啟閉機的吊桿，5為弧門主橫梁的懸臂長度。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方案對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細地說明。

工程中常用的二支臂和三支臂弧門框架結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示。主框架的結(jié)構(gòu)類型常用的是主橫梁式結(jié)構(gòu)。主橫梁式的弧形閘門的主梁水平放置，主橫梁與左右兩個支臂構(gòu)成主框架如圖3所示。

規(guī)范規(guī)定取0.2倍的主橫梁跨度，A點為啟閉機的吊點?，F(xiàn)行《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》還規(guī)定了主橫梁與支臂的單位剛度比為3～11，并且啟閉機的吊點位置A一般根據(jù)工程經(jīng)驗確定，隨意性較大。1和3一般通過焊接相連，2一般采用螺栓連接在1和3的交點處。這里主要給出了主框架的布置方式，其中主框架的型式主要有如圖3所示的三種。

圖3中：h為支臂的長度，c為主橫梁的懸臂長度，b為主橫梁跨中段長度，L為主橫梁的長度。因(b)型框架在實際水利工程中應(yīng)用比較廣泛，并且(a)框架和(c)框架都為(b)框架的特例，故主要針對(b)型框架建立的多工況多目標(biāo)優(yōu)化模型為：

式(1)中M_h0為c＝0，K₀＝1時的支臂端彎矩，這里的作用是消除c和K₀絕對尺寸的影響，也可以用其他彎矩值。λ＝c/L，γ＝d/L。(M_l0+M)₁，(M_l0+M)₂，(M)₃分別為正常蓄水位全閉和校核洪水位瞬間開啟等工況主梁跨中正彎矩和支座處負彎矩的代數(shù)和及全部開啟工況支座處的負彎矩；(M_h)₁，(M_h)₂，(M_h)₃分別為正常蓄水位全閉、校核洪水位瞬間開啟和全部開啟等工況支臂端處的彎矩值。

把弧門主框架的支臂端彎矩，主梁跨中彎矩和支座處彎矩帶入多工況多目標(biāo)優(yōu)化模型式(1)可得弧門主框架多工況多目標(biāo)優(yōu)化模型為

式中F_Q為弧門的啟門力，F(xiàn)_Q1為弧門啟門力在主橫梁法向的分力。由式(2)可知該多工況多目標(biāo)優(yōu)化模型可用于弧門跨度(L)、作用水頭(q)和啟閉力(F_Q)已知的閘門布置中，并可求解出最合理主橫梁框架的懸臂長度、主橫梁與支臂的單位剛度比以及液壓啟閉機的吊點位置。并基于多目標(biāo)優(yōu)化中的理想點法采用MATHEMATIC9.0進行編程即可求解出合理的主橫梁懸臂長度、主橫梁和支臂的單位剛度比和液壓啟閉機的吊點位置。通過該優(yōu)化模型可以確定出具體的主橫梁懸臂長度，一般都小于0.2倍的主橫梁跨度，即懸臂長度都小于圖1和圖2中的5，可保證主橫梁框架結(jié)構(gòu)更加安全和經(jīng)濟；可確定出主橫梁和支臂的單位剛度比為3，不再需要根據(jù)工程經(jīng)驗在3～11范圍內(nèi)取值了，避免實際工程中取值的隨意性，保證了框架結(jié)構(gòu)的安全；同時也可以確定出具體的啟閉機吊點位置A，同樣不再需要根據(jù)工程經(jīng)驗確定A點了。該布置方法具有科學(xué)合理的理論基礎(chǔ)，使實際工程中弧門框架結(jié)構(gòu)的布置更加合理，避免人為經(jīng)驗的隨意性，為弧門結(jié)構(gòu)的更加合理布置提供了新的方法和新的思路。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，本發(fā)明的保護范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。