基于可靠度理论的多槽式矩形渡槽优化设计研究.pdfVIP

第42卷 第7期 Vo1．42．No．7 2011年 4月 人 民 长 江 Yangtze River Apr．， 2011 文章编号：1001—4179(2011)07—0036—03 基于可靠度理论的多槽式矩形渡槽优化设计研究 任 益 楼 ，张 慧 娟2，袁 海 军 ，马 文 英 (1．河北工程大学 水 电学院，河北 邯郸 056021； 2．冀 中能源临城煤业有限公司，河北 邢台054300) 摘要 ：南水北调工程 中的大型多槽式预应力矩形渡槽是一种大跨度 、大宽度 、大高度及大宽高比的新型输水结 构，其横向变形不能忽略 ，在施工、运用过程 中将受到比以往小型渡槽更 多的不确定 因素的影响 。首先应用变 形相容性原则，考虑了纵向与横向变形的交互影响，然后以结构可靠性指标为约束条件 (其中包括性态约束： 纵向侧墙 的抗弯承栽力、跨 中挠度 、正、斜截面抗裂、整体横 向抗风稳定 ，和适用性约束 ：输水能力)，建立 了结 构优化数学模型，采用复合型法寻优求解。所得结果为其工程实践提供 了理论指导和有价值的参考 。 关 键 词 ：大型多槽式；预应力矩形渡槽 ；可靠度 ；结构优化 ；南水北调 中线工程 中图法分类号 ：TV67 文献标志码 ：A 南水北调 中线工程 中采用的大型多槽式矩形渡 的影响，如实际工况偏离设计工况 ，流量随时间发生变 槽 ，是一种输水与纵 向承重相结合的新 型三维预应力 异 ，遭遇地震等 。 结构 ，它可充分利用三维预应力技术 ，形成大跨度 、大 鉴于上述情况 ，本文将大型多槽式预应力矩形渡 宽度、大高度及大宽高比的巨型槽身 ，以满足大流量输 槽槽身 ，视为满足变形相容关系的空间受力体系 ，将影 水需要而又不至挠度过大不利于槽身抗裂 。随着我国 响结构安全的诸多因素 (结构尺寸 、材料性能、作用荷 现代化建设对跨流域调水的需要，这种巨型输水渡槽 载 、输水能力)作为随机变量 ，开展基于可靠度理论 的 具有广阔的应用前景。但在 目前情况下，其设计理论 结构优化设计研究 。在优化数学模型中，建立了以可 和工程经验还远不成熟 ¨，使之在施工和实践运用中 靠指标为约束条件 的性态约束和适用性约束方程 ，采 受到如下诸多不确定因素影 响。 用复合型法寻优求解 ，所得结果为其工程实践提供 了 (1)在设计理论上，因槽身宽度大、宽高 比大，横 实用的理论分析途径和有价值的参考。 向挠曲变形不能忽略，以往灌 区上小型渡槽 的平面弯 1 力学分析模型 曲设计理论 已不适用，而新型结构的力学模型及其理 论尚不成熟 ，目前工程设计 中主要采用定值安全系数 对 3槽互联的整体式大型预应力矩形槽身 ，为计 控制下的有 限元法及模型试验法 口 。因此 ，理论研 入其横向变形影响，本文力学模型选择为：由纵 、横 向 究的不成熟和计算方法本身近似性的双重因素的不利 梁系在梁轴交点处联系起来的三维受力结构，纵向梁 变异将隐含于设计成果之 中。 系中梁截面为 “+”形，边梁截面为 “卜”形，两端简支 (2)南水北调工程中的大型多孔互联式预应力渡 于槽墩上 ；横 向梁系是一系列弹性支承于中墙和边墙 槽规模 巨大，施工质量受型式新颖 、体积 巨大 、三维预 上的 “T”形截面连续梁 ，“T”形的翼板长度等于横梁间 应力技术复杂 、场地环境敏感等多种因素的交互影响， 距 (见图 1)。纵 、横梁系服从变形协调关系 ，按梁轴交 任