基于遺傳算法的型鋼混凝土弧形閘門閘墩厚度確定方法研究.pdf

1、閘門泄水是水工泄水的一種重要方式，其中閘墩設計對于該泄水建筑物來說是核心部分。近年來水利樞紐建設有向地形落差大的地區(qū)轉移的趨勢，就造成了泄水建筑物工作水頭的增高、泄洪流量的增大，對閘墩的結構安全性能承要求也隨之增大。當閘門承受的較大水壓力時，普通鋼筋混凝土閘由于受資金緊缺、場地狹小、壩址地形地質(zhì)條件不良等因素的限制，常規(guī)閘墩設計難以滿足結構安全要求，而通過無限增加閘墩厚度來提高對閘墩結構安全性能是不現(xiàn)實的。而目前應用廣泛的預應力混凝土閘

2、墩雖然部分解決了閘墩的承載能力問題，但是也顯現(xiàn)出突出的缺點，如頸部應力集中、抗震性能不足、閘墩厚度較大。將型鋼代替普通鋼筋混凝土閘墩中的扇形受力鋼筋來提高其承載能力，研究已有一些成果，但基本都是集中在對閘墩內(nèi)型鋼的研究上，對于閘墩結構設計的研究尚且欠缺，本文在已有型鋼混凝土閘墩的研究基礎上結合遺傳算法的優(yōu)點，研究閘墩厚度與所受荷載的關系，初步提出型鋼混凝土閘墩厚度計算公式。
　　本文基于遺傳算法優(yōu)化準則，采用有限元軟件ABAQUS

3、，利用Python語言對型鋼混凝土閘墩有限元模型建模過程進行編碼，實現(xiàn)了有限元建模自動化。根據(jù)目前水利水電工程泄水建筑物出現(xiàn)的弧形閘門總推力的范圍，選擇閘門總推力標準值分別為12500kN、25000kN、35000kN、45000kN、55000kN、65000kN的六個方案，分別對對稱荷載和非對稱荷載情況下的閘墩厚度最優(yōu)解進行搜索，以最優(yōu)化的閘墩厚度作為該荷載對應的閘墩厚度，建立閘墩厚度與荷載的關系。研究得到了以下結論:
　　

4、(1)采用遺傳算法與有限元結合，建立型鋼閘墩有限元優(yōu)化模型，可以解決型鋼混凝土弧門閘墩厚度優(yōu)化設計問題。
　　(2)在閘墩內(nèi)采用三根型鋼以25°擴展角進行布置，利用遺傳算法，通過型鋼混凝土有限元優(yōu)化程序多次迭代，在0.4～7m的可行域范圍內(nèi)分別搜索到六個方案在對稱和非對稱荷載作用下的目標函數(shù)最優(yōu)值，即型鋼混凝土閘墩厚度最優(yōu)值。優(yōu)化結果表明:在對稱荷載下六個方案閘墩厚度最優(yōu)值分別為0.6m、1.1m、1.2m、1.4m、2.7m、3

5、.5m;在非對稱荷載下六個方案閘墩厚度最優(yōu)值分別為2.3m、2.8m、3.3m、3.7m、3.9m、5.5m;即六個方案對應閘墩厚度分別為2.3m、2.8m、3.3m、3.7m、3.9m、5.5m。
　　(3)利用ABAQUS程序建立不同荷載對應的最優(yōu)閘墩厚度的型鋼混凝土模型，從閘墩的位移、應力分布及裂縫發(fā)展、型鋼應力等方面對閘墩的工作性能進行分析、評價，驗證了本文研究確定的六個閘門總推力方案的閘墩厚度是合理的。
　　(4)