基于多目标优化的箱梁渡槽结构设计研究

针对箱梁渡槽所受水荷载远大于同等跨径箱梁桥所受汽车荷载导致槽身纵向受力突出的问题,在渡槽结构设计中统筹考虑箱梁纵向应力储备和造价,构建了以截面尺寸、钢筋用量等6个参数为设计变量,以渡槽边缘正应力和造价为目标函数,以槽身挠度、法向应力等9个验算指标为约束条件的多目标优化模型,并基于支持向量机近似模型和NSGA2遗传算法求解多目标优化模型的Pareto最优解集,然后综合专家打分、COWA算子、博弈论综合赋权与TOPSIS法从Pareto最优解集中选出最佳方案。结果表明:与初始方案相比,最佳方案的渡槽边缘正应力储备提高了17.55%,渡槽上部结构总造价降低8.84%;与有限元分析相比,该方法在保持较高计算精度的同时节省了65.42%的计算时间成本。

基于PE-HMM的渡槽结构运行状态评价

随着远距离、高流量、大跨度渡槽工程的不断发展,渡槽运行状态监测与评价日益重要。以广东省罗定市长岗坡渡槽工程为例,基于渡槽泄流振动位移数据,提出一种基于排列熵算法(PE)和隐马尔可夫模型(HMM)的渡槽运行状态评价方法。首先,运用排列熵算法和K-means法提取振动位移数据基本特征,形成HMM模型的观测状态序列。其次,运用HMM算法训练模型参数,以平均误差百分比为指标,筛选出最佳模型参数,并以该参数为初值再次训练得到渡槽运行期隐状态的概率分布。最后,结合渡槽运行期隐状态对应的分值等级及概率值,求得渡槽运行状态期望值,从而量化评价渡槽运行状态。结果表明,基于PE-HMM法的渡槽运行状态评价结果与实地勘察结论一致,可见PE-HMM法能够从渡槽振动位移数据角度出发,真实反映渡槽结构运行状态,具有较高的评判精度与工程指导意义。

亭子口灌区一期工程渡槽水力学试验

亭子口灌区一期工程总干渠共有渡槽21座,全长12.05 k m,设计流量41.2~76.2 m^(3)/s,槽宽5.9~7.5 m,其综合规模居国内前列。为验证渡槽过流能力、水头损失和水面衔接状态采用模型试验与数值模拟相结合的方法对粟家庙渡槽的水流运动特性进行了研究。结果表明:模型试验成果与数值模拟结果基本吻合,在设计流量48.35 m^(3)/s时,U形断面的垂线平均流速水工模型为2.01~2.07 m/s、数值模型为1.94~2.06 m/s与渡槽段设计断面平均流速2.01 m/s基本相当,渡槽过流能力满足要求。渡槽与明渠过渡段内,进口断面与出口断面的动能修正系数分别为1.063、1.048和1.066和1.059,过渡段水头损失系数分别为0.40和0.39,转弯段和出口连接段水流衔接良好,设计满足要求。

大型渡槽动水压力离心模型试验研究

以引江济淮工程淠河总干渠渡槽为参考研究对象,采用离心机振动台对刚性渡槽在简谐荷载激励下的动水压力进行了试验研究,并将试验结果与常用的简化模型的计算结果进行了对比分析。试验结果表明:动水压力与加速度幅值呈线性相关,与加载频率、水深呈非线性相关;离心模型试验可以准确的模拟动水压力及流固耦合作用,可以为水弹性问题的研究提供新的分析方法。

上游弯道圆心角对渡槽流动特性的影响研究

对于含上游弯道的输水渡槽,弯道段水流同时受到了离心力和重力的影响,使其流态变得更加复杂并进而影响渡槽部分的水力性能。基于MIKE仿真软件,建立了南水北调中线某渡槽的水动力模型,模拟了输水过程并通过实测数据对模型进行了验证,对比分析了不同流量工况下弯道圆心角对渡槽水力特性的影响。结果表明,弯道圆心角的增大会使得槽身段两侧流量差不断增大,在整流条件不足时最大流量差可达2.38 m^(3)/s。对于渡槽进口而言,弯道圆心角的增大会扩大进口中墩与两侧槽的水位差,而增长幅度随着入流量的增大而减小。对于渡槽出口而言,圆心角的增大会提升涡街的强度,其对应涡脱落频率逐渐增大,进而影响尾墩流态。

基于熵权优化FFR-BN法的梁式渡槽运行风险评价

梁式渡槽运行受多种风险因素影响,各因素之间联系及作用关系的复杂性及对因素认知的局限性常常造成风险评价结果不够精确,对此提出基于熵权优化的FFR-BN法开展梁式渡槽运行风险分析。此方法采用熵权法对主观与客观权重进行融合优化,有效解决了传统评价方法中专家打分低精度及强主观性问题。通过解释结构模型将梁式渡槽复杂系统拆分为各种子系统(因素、要素),随后分析风险因子之间的直接二元关系,从而构建复杂系统内风险因子、风险事件之间的逻辑关系框架,并在此基础上计算因子的模糊失效概率,运用贝叶斯网络的反向推理技术确定风险事件发生的最大可能路径、梁式渡槽运行风险中决定性风险因子。通过此方法计算得出实例梁式渡槽综合风险等级为Ⅰ级,关键致灾风险因子为设计洪水增加、钢筋失效、表层混凝土剥蚀、材料特性等,受所处区域地形及地质条件影响,裹头边坡防护问题导致的风险致因链是最大可能风险致因链。

基于改进云模型的湿陷性地基渡槽稳定状态评估

【目的】由于跨湿陷性黄土区的输水渡槽因服役期内的地基变形和建筑物老化,造成渡槽的服役安全性和结构稳定性难以定量评估,为对湿陷性地基渡槽的稳定状态进行评估,以宁夏固海扩灌灌区的清水河渡槽为研究对象,构建了基于湿陷性黄土地基稳定状态与渡槽建筑物稳定状态的多级评估体系耦合的湿陷性黄土地基渡槽稳定状态综合评估体系,【方法】使用云模型对湿陷性黄土地基渡槽稳定状态进行综合评估,使用AHP-熵权法对云模型进行改进,研究中使用拉格朗日乘子法将AHP法与熵权法进行耦合后计算指标权重,以提高模型权重的合理性使其更加客观精确。【结果】研究结果显示:现役清水河渡槽的湿陷性黄土地基稳定状态、渡槽建筑物稳定状态及湿陷性黄土地基渡槽整体稳定状态的云数字特征参数分别为W_(1)=(4.608,0.766,0.228)、W_(2)=(6.094,0.674,0.214)和W=(5.307,0.720,0.221)。【结论】结果表明:现役清水河渡槽的湿陷性黄土地基稳定状态、渡槽建筑物稳定状态及湿陷性黄土地基渡槽整体稳定状态分别处于V_(3)(中等)稳定状态、V4(较为)稳定状态以及V_(3)(中等)稳定状态。该评估模型可为同类湿陷性黄土区域的水工建筑物的稳定状态评估提供参考。

基于Revit的水工渡槽结构参数化建模及应用

尽管参数化建模技术已受到广泛关注,但在水工建筑领域,尤其是渡槽结构的参数化建模研究仍相对较少。为了提升水工渡槽的数字化应用水平,本文基于Revit平台,进行了水工渡槽结构的参数化建模及其应用研究,构建了董家村渡槽的槽墩和槽身的参数化模型族。通过定义渡槽结构的关键参数及其相互关系,用户可以通过修改参数灵活调整渡槽结构的形状和尺寸,从而实现设计和优化的快速迭代。在未来的渡槽工程设计中,参数化建模技术有望成为主流设计方法,进一步提升渡槽设计的效率、精度、可靠性和标准化水平。

基于博弈论-云模型的梁式渡槽风险评估研究

梁式渡槽作为大型输水工程中重要的交叉建筑物,其安全与稳定性直接决定了输水干渠的正常运行,一旦失事将会造成严重的灾害和社会经济损失。选取影响槽墩冲刷破坏、裹头边坡失稳、槽身挡水3大类12个风险指标,利用层次分析法确定主观权重、熵权法确定客观权重、博弈论赋权法确定组合权重,建立云模型风险评估模型。选取某大型输水工程6座典型梁式渡槽为研究对象,开展实例研究,结果证明本研究为大型输水工程交叉建筑物的风险评估研究提供了新思路。

基于云模型与信息融合的渡槽安全评价方法

在南水北调工程中,渡槽是关键的长距离输水建筑物之一,其运行安全关系到整个跨流域输水系统的稳定。针对渡槽的工作性态评价,以渡槽监测数据的建模分析成果为基础,采用不确定性问题研究常用的云模型与数据融合方法进一步处理,提出了一种基于云模型理论与多个测点预测分析结果相融合的渡槽安全综合评价方法,该方法依靠渡槽安全预测模型的分析结果来对渡槽运行情况作出评价,有效避免了评价过程的主观性。结果表明:该方法依据预测模型的分析结果可以准确评价渡槽的工作性态,为渡槽的安全综合评价提供了一种新的方法。

强震作用下肋拱式渡槽动力响应及损伤破坏机理研究

为探究强地震作用下肋拱式渡槽结构的损伤破坏演化过程,以长岗坡渡槽为例,建立肋拱式渡槽结构三维非线性有限元模型,采用黏弹性人工边界方法来实现无限域地基的精准模拟,引入混凝土塑性损伤本构模型,开展不同地震强度作用下肋拱式渡槽结构的动力响应分析及损伤破坏模式的研究。研究结果表明:渡槽结构的动力响应随地震强度增大而增大;地震作用下,基于塑性损伤本构模型,通过模拟得到渡槽结构的峰值位移、峰值加速度响应均较线弹性本构模型模拟结果大,主要是因地震波的持续作用使结构出现塑性损伤,致使刚度退化;反之,峰值应力较线弹性模型结果小,主要是因结构出现的塑性损伤会导致结构阻尼增大,耗散能增大。渡槽整体结构损伤严重的部位为顺槽向靠近支墩位置的槽体、跨中肋柱以及支墩、肋拱、肋柱交界处,明晰了槽体、小腹拱、支墩等构件的损伤演化破坏演化过程,揭示了其主要是由结构受力不均而引发的混凝土受拉损伤破坏的损伤破坏机制。研究成果明晰了渡槽结构的抗震薄弱部位,可为类似渡槽结构的抗震设计及加固处理提供理论基础。

地震下方形大断面渡槽水体晃动效应对比分析

随着我国经济的发展,大型渡槽的建设向西部高烈度山区快速推进,渡槽面临着严峻的地震风险。正确模拟渡槽中水体晃动性能,是渡槽抗震性能分析的关键技术难点。依托滇中引水工程中的松林渡槽,本文建立了大断面渡槽结构的精细化有限元模型,通过欧拉-拉格朗日耦合(coupled Eulerian-Lagrangian,简称“CEL”)分析建立了渡槽水体晃动的流固耦合分析模型,同时建立了经典的等效弹簧-质量模型(简称“SM模型”)作为对比,量化两种水体建模方法产生的结果差异。通过对松林渡槽中典型简支跨进行非线性动力时程分析,对比了两种建模方式下,槽身和墩柱混凝土损伤的发展情况,摩擦摆支座的竖向反力,并呈现了CEL分析得到的水体波动情况,阐释了两种分析方法的主要误差来源。在渡槽地震响应分析的基础上,论文建立了槽身的节段模型,研究了CEL方法和等效SM模型在不同槽身加速度和竖向分量下的动力分析结果异同,并提出了等效SM模型的适用范围。

基于动态权重-云模型的大型渡槽安全综合评价

针对传统渡槽安全评价方法忽略了评价指标权重的动态变化,不能实时反映危险因子对渡槽实际运行状态的影响等缺陷,提出了一种基于动态权重-云模型的渡槽安全综合评价方法,引入动态权重模型为评价指标动态赋权,并利用云模型获取评价指标隶属度。将该方法应用于南水北调中线干线工程M河渡槽安全评价并与静态权重模型评价结果进行了对比,结果表明,动态权重-云模型实现了评价指标层权重计算结果随工程运行状态的实时变化,同时对危险因子的识别敏感性更高,提高了评价方法对复杂运行环境下渡槽安全综合评价的适用性和准确性。

大型多纵梁式钢筋混凝土渡槽结构受力试验研究

本文介绍了南水北调中线工程河南段双洎河钢筋混凝土多纵梁渡槽结构的仿真模型试验研究情况，对钢筋混凝土渡槽结构仿真模型试验中材料性能的模拟、结构自重的模拟、支座性能的模拟及水荷载施加方法等关键技术问题以及渡槽超载试验方法进行了分析讨论，给出了主要试验结果，提出了需要进一步改进的结构设计建议。

大型渡槽结构考虑流固耦合的动力建模研究

该文依据符拉索夫(Volasov)和豪斯纳尔(Housner)理论建立考虑槽内水体与槽身动力相互作用以及槽身剪力滞后影响的渡槽薄壁结构横向动力分析模型,由能量变分原理推导出渡槽薄壁梁段单元刚度矩阵及质量矩阵表达式,通过数值算例验证了该模型的正确性;利用该模型对某大型渡槽进行了多种工况的频率计算,结果表明:大型渡槽在无水和设计水位时的振动频率有所变化;该文模型是考虑渡槽槽内水体横向流固动力相互作用的实用动力分析模型。

南水北调漳河涵洞式渡槽结构试验研究

漳河渡槽是南水北调中线工程主要跨河建筑物之一,为确保工程的安全和结构的优化设计,特进行1∶6的钢筋混凝土仿真模型试验。对钢筋混凝土渡槽结构仿真模型试验中材料性能、模型的设计制作、结构自重的模拟及水荷载施加方法等关键技术进行了分析讨论。重点阐述试验过程中结构和加载方式的模拟。给出在4种工况下渡槽关键部位的应变和变形,并作了比较,为渡槽提供了需要改进的结构设计建议。

大型渡槽有限条法动力建模研究

根据渡槽结构特点,采用有限条划分渡槽槽身,推导出渡槽槽身结构的单元刚度矩阵、相容质量矩阵的显式表达式;渡槽支架采用空间梁单元模拟;联接槽身和支架的盆式橡胶支座采用弹性元件单元模拟。编程程序具体计算了某大型渡槽的模态,并用ANSYS对大型渡槽进行模态分析,计算结果表明:该模型计算的渡槽结构的固有频率和ANSYS计算结果接近。模型可用于大型渡槽的动力分析。

矩形渡槽流固耦合体系风致的动力性能

以排架矩形渡槽为研究对象,建立三维渡槽水流固耦合计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况、不同渡槽截面高宽比,计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的横向位移、倾覆力矩及动水压力。研究结果表明:不同高宽比的渡槽随着槽内水深的变化,其流固耦合体系风致动力性能的变化规律性相近;在等流量水深工况下,截面高宽比的变化对渡槽结构的振动和稳定性有显著影响,在渡槽抗风设计中应予以重视。

渡槽槽体结构风载体形系数的风洞试验研究

本文对于渡槽槽体结构模型进行了风洞实验研究 ,对于矩形渡槽槽体在均匀流场和具有 1 8%湍流度的湍流场中各取三种不同的高宽比进行了风洞试验 ,测量了在槽内有水和无水两种情况下槽体各个部位的风压系数 ,从而计算得出了渡槽结构风载体型系数 .从实验的初步的结果来看 ,渡槽结构风载体型系数同近年来我国编制的桥梁抗风设计指南中类似结构物的风载体型系数比较接近 ,但是同以往在渡槽抗风设计时所使用的参数有一定的差别 .本文中得出的渡槽槽体结构的风压分布和风载体型系数 ,为渡槽结构的抗风设计提供了参考依据 .

大型渡槽流固动力耦合效应试验研究

以南水北调工程穿黄箱形渡槽为研究对象,采用大比尺水弹性振动渡槽模型在水平振动台上进行试验,研究了地震作用下和谐激励下水体与槽体相互作用效应和机理,并将试验结果和Housner模型计算结果进行了对比分析。结果表明流固耦合作用对渡槽结构的动力特性、振动位移和动应力响应以及槽内水体的动水压力特性有很大影响,弹性槽壁上的动水压力远大于刚性槽壁上的动水压力。试验条件下,由槽内水体晃动产生的动水压力很小。基于研究结果最后对Housner模型在抗震分析中的应用提出了修正建议。