水利工程論文-鋼筋混凝土矩形沉井結(jié)構(gòu)水泵房優(yōu)化設(shè)計摘要：隨著工業(yè)和社會生活需求的發(fā)展，供水工程日益增多，修建取水泵房也增多，但取水泵房造價較高（如湖北省鄂州電廠的一次循環(huán)冷卻水取水泵房的土建造價達(dá)多萬元）。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，泵房結(jié)采用優(yōu)化設(shè)計，可以使工程造價降低（見朱伯芳、黎展眉、張壁城編著的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化原理與應(yīng)用）?？梢?，探討水泵房優(yōu)化設(shè)計，具有顯著的經(jīng)濟(jì)意義。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土矩形沉井結(jié)構(gòu)水泵房優(yōu)化設(shè)計一般水泵房所處的環(huán)境比較復(fù)雜，修建時，采用的施工方法及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣。筆者選擇江河和海邊取水泵房應(yīng)用最多的鋼筋混凝土矩形沉井結(jié)構(gòu)來作優(yōu)化設(shè)計分析，推導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計公式和優(yōu)化程序。一、優(yōu)化設(shè)計思路優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)是使設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)在滿足安全使用的條件下，造價最低，這樣的結(jié)構(gòu)才是最優(yōu)結(jié)構(gòu)。對鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)，若設(shè)計出的每一構(gòu)件的材料強(qiáng)度都得到充分利用，則這樣的整個結(jié)構(gòu)是最優(yōu)結(jié)構(gòu)?；谏鲜龅乃悸?，可以把凍結(jié)內(nèi)力方法和法結(jié)合起來，進(jìn)行沉井結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。首先對擬設(shè)計結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行一次內(nèi)力分析，再把內(nèi)力凍結(jié)起來，用法對各個構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化，得到新的方案；然后再進(jìn)行內(nèi)力重分析，重復(fù)上述步驟，直至前后兩次計算結(jié)果充分接近為止。二、結(jié)構(gòu)部件的優(yōu)化設(shè)計鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)水泵房為板式結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和井字梁結(jié)構(gòu)的混合體。其受力工況很多，計算簡圖也依部位、工況而不同。但按鋼筋混凝土構(gòu)件分類，可分為純彎板、偏壓板、純彎梁、偏壓柱種構(gòu)件，下面就對此種構(gòu)件作優(yōu)化設(shè)計推導(dǎo)。純彎板構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計純彎板優(yōu)化可采用分單位板寬度來分析。（）目標(biāo)函數(shù)取目標(biāo)函數(shù)為單位板寬、單位長度的材料和模板造價之和。與目標(biāo)函數(shù)有關(guān)的變量有板厚、鋼筋面積、模板面積。（）約束條件應(yīng)考慮抗彎方面的強(qiáng)度約束：最大正彎曲強(qiáng)度，板條兩端最大負(fù)彎曲強(qiáng)度，最大剪力強(qiáng)度，最小、最大配筋率，板厚最小要求。（）優(yōu)化方法及步驟板條的優(yōu)化就是要尋求滿足上述全部約束條件的目標(biāo)函數(shù)的最小值。可以理解為：當(dāng)造價值最小時，材料用量應(yīng)該最省?？紤]約束條件，在內(nèi)力一定的條件下，對應(yīng)于每一個板厚值，可以算出配筋面積，故目標(biāo)函數(shù)屬一維搜索問題，求的上、下限作為一維搜索的區(qū)間：的上限：取板的端部彎矩和跨中彎矩的最小值代入約束條件、，再利用最小配筋率條件得的上限值。的下限：與上面類似，取板的端部彎矩和跨中彎矩的最小值代入約束條件、，再利用最大配筋率條件得的下限值。約束取等式，求得相應(yīng)的配筋量，再以約束條件、檢驗這個量，取滿足要求的值。然后以所取的配筋量的值代入約束條件求目標(biāo)函數(shù)。計算中，彎矩、剪力內(nèi)力均作為已知條件給出，這是根據(jù)計算簡圖預(yù)先算好的。偏壓板構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計偏壓板構(gòu)件優(yōu)化同樣采取寬的板條來分析，其優(yōu)化方法與上述純彎板的優(yōu)化方法基本相同，只是在約束條件中，須計入軸向力的作用。（）目標(biāo)函數(shù)取目標(biāo)函數(shù)為單位長度板條的材料和模板造價的和。（）約束條件最大彎曲壓縮強(qiáng)度。）大偏心情況（即時）。）小偏心情況（即時）。最大剪切強(qiáng)度。最小配筋率、最大配筋率。最小板厚度。偏壓板條的優(yōu)化過程與純彎板條相同，同樣可通過對約束條件、取等代，使得對應(yīng)于截面高度的每一取值可算出配筋量，再利用條件、以確定符合所有條件的配筋量最小值，以代入求目標(biāo)函數(shù)。實際上也是只有一個設(shè)計變量的一維搜索問題。（）求的上、下限偏壓板條的上、下限求法與純彎板條不同，應(yīng)分大偏心和小偏心兩種情況計算。大偏心情況。此時的上、下限、分別求解，即約束條件相應(yīng)于最小及最大配筋率的情況。小偏心的情況。也取約束相應(yīng)于最小及最大配筋率的情況，、分別求解。與約束比較，取其較大者為。矩形截面梁的優(yōu)化設(shè)計同上述類推：（）目標(biāo)函數(shù)以梁本體材料和模板的造價為目標(biāo)函數(shù)。（）約束條件最大正彎曲強(qiáng)度。梁兩端最大負(fù)彎曲強(qiáng)度。最大剪應(yīng)力強(qiáng)度。最小、最大配筋率。構(gòu)造要求鋼筋最小截面積。梁最小截面高度要求。（）優(yōu)化方法及步驟優(yōu)化方法及步驟與上述基本相同。矩形截面柱的優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化方法與上述基本相同（）目標(biāo)函數(shù)以柱本體材料和模板的造價為目標(biāo)函數(shù)。（）約束條件最大彎曲壓縮強(qiáng)度。最大剪切強(qiáng)度?？v筋最小、最大配筋率。最小截面高度要求。構(gòu)造要求鋼筋最小截面積。（）優(yōu)化方法及步驟優(yōu)化方法及步驟與偏壓板條基本相同。三、優(yōu)化設(shè)計程序沉井結(jié)構(gòu)水泵房結(jié)構(gòu)的總體布置一般都受工藝流程和施工要求控制。結(jié)構(gòu)設(shè)計是在滿足工藝要求和施工要求的條件下，布置合理的結(jié)構(gòu)形式，并依此設(shè)計出各構(gòu)件的尺寸。然而，板的跨度及