水泵房的优化设计探析

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1、水泵房的优化设计探析【摘要】随着工业和社会生活需求的发展，供水工程日益增多，修建取水泵房也增多，但取水泵房造价较高。据有关文献介绍，泵房结采用优化设计，可以使工程造价降低5%〜25%。可见，探讨水泵房优化设计，具有显着的经济意义。？【关键词】钢筋混凝土；矩形沉井；结构；水泵房；优化设计?？AnalysisofOptimaldesignofpumphouse?WangZhen-ye?(TurpanPrefectureInstituteofWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignTurpanX

2、injiang838000)?[Abstract】Withthedemandforindustrialdevelopmentandsociallife,increasingwatersupplyprojects,constructionofwaterpumpalsoincreased,butthehighcostofwaterpumpingstations.Accordingtotheliteraturedescription,pumpknotoptimizeddesign,theprojectcostreducedby5%to25%・

3、Canbeseen,optimaldesignofpumphouse,hassignificanteconomicsign讦icance.?[Keywords]Reinforcedconcrete;Rectangularcaisson;Structure;Pumphouse;optimization??一般水泵房所处的环境比较复杂，修建时，采用的施工方法及相应的结构形式多种多样。笔者选择江河和海边取水泵房应用最多的钢筋混凝土矩形沉井结构来作优化设计分析，推导优化设计公式和优化程序。？1.优化设计思路？优化设计的目标是使设计出来的结构在满

4、足安全使用的条件下，造价最低，这样的结构才是最优结构。对钢筋混凝土沉井结构，若设计出的每一构件的材料强度都得到充分利用，则这样的整个结构是最优结构。基于上述的思路，可以把冻结内力方法和0.618法结合起来，进行沉井结构的优化设计。首先对拟设计结构方案进行一次内力分析，再把内力冻结起来，用0.618法对各个构件进行优化，得到新的方案；然后再进行内力重分析，重复上述步骤，直至前后两次计算结果充分接近为止。？2.结构部件的优化设计？钢筋混凝土沉井结构水泵房为板式结构、框架结构和井字梁结构的混合体。其受力工况很多，计算简图也依部位、工况而不同。

5、但按钢筋混凝土构件分类，可分为纯弯板、偏压板、纯弯梁、偏压柱4种构件，下面就对此4种构件作优化设计推导。？2.1纯弯板构件的优化设计。纯弯板优化可采用分单位板宽度来分析。？2.1.1目标函数。取目标函数为单位板宽、单位长度的材料和模板造价之和。与目标函数有关的变量有板厚、钢筋面积、模板面积。？2.1.2约束条件。应考虑抗弯方面的强度约束：(1)最大正弯曲强度；(2)板条两端最大负弯曲强度；(3)最大剪力强度；(4)最小、最大配筋率；(5)板厚最小要求。？2丄3优化方法及步骤。板条的优化就是要寻求满足上述全部约束条件的目标函数的最小值。可

6、以理解为：当造价值最小时，材料用量应该最省。考虑约束条件，在内力一定的条件下，对应于每一个板厚值X,可以算出配筋面积，故目标函数属一维搜索问题，ffl0.618法可以简便地求出X的最优解X,步骤：？（I）求X的上、下限作为一维搜索的区间：X的上限：取板的端部弯矩和跨中弯矩的最小值代入约束条件（1）、（2）,再利用最小配筋率条件得X的上限值。X的下限：与上面类似，取板的端部弯矩和跨中弯矩的最小值代入约束条件（1）、（2）,再利用最大配筋率条件得X的下限值。？（2）用0.618法在】XI、Xu］区间搜索，与求出最小的目标函数所对应的X?及对

7、应的配筋量即为最优解。在优化计算中，对每一给定的X值，可由约束（1）〜（3）取等式，求得相应的配筋量，再以约束条件（4）、（5）检验这4个量，取满足要求的值。然后以所取的配筋量的值代入约束条件（1）求目标函数。？计算中，弯矩、剪力内力均作为已知条件给出,这是根据计算简图预先算好的。？2.2偏压板构件的优化设计。偏压板构件优化同样采取1ni宽的板条来分析，其优化方法与上述纯弯板的优化方法基本相同，只是在约束条件中，须计入轴向力的作用。？2.2.1g标函数。取目标函数为单位长度板条的材料和模板造价的和。？2.2.2约束条件。？2.2.2.1

8、最大弯曲压缩强度。(1)大偏心情况(即Hb时)。(2)小偏心情况(即222b时)。?2.2.2.2最大剪切强度。？2.2.23最小配筋率、最大配筋率。？2.2.2A最小板厚度。偏压板条的优化过程与纯弯板条相