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时间:2019-06-06
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1、基于层次分析法的护岸框架最优方案选择【摘要】长期以来,四面六边透水框架在河道整治等工程中,因其取材方便、自身稳定性、透水性、阻水性好、适合地形变化等特性优点而被广泛的应用。但是,在抛投和使用过程中,存在被水流冲击而翻滚移位、结构强度的不足、难以合理互相钩连的问题,使框架群不能达到理想的堆砌效果。本文主要探讨如何合理设计改进现有护岸框架,以最大程度减少框架群被水流冲击翻滚移位的情况,增加框架群在使用过程中互相钩连程度和结构强度,达到减速促淤效果。针对问题,我们结合四面六边透水框架本身的优势特性,在原有框架
2、的基础上进行改进设计,根据三角形稳定性的特性,通过应用机理分析,进行物理图形构造,设计出三种供选方案。模型一:构建四面六边带触脚框架模型(图5.2),该模型在四面六边透水框架的基础上,运用触脚设计,较好的融合增强四面六边透水框架本身的优点特性,使框架达到不易翻滚,并与其他的框架自然地相互钩连。模型二:构建六面九边带触脚框架模型(图5.6),该模型是对模型一的改进,综合模型一和原型模型的结构,不仅具备良好的亲水性、阻水性和稳定性,而且触脚比模型一更多,使框架更加稳定,不易翻滚、框架群之间也更容易钩连;同时
3、,模型二施工简单,更容易构造,也更加节约经济造价成本。模型三:构建双四面六边护岸框架模型(图5.12),该模型设计内外双层四面六边透水框架体,旨在增加护岸框架结构强度和稳定性及阻水性。运用内外双层结构设计,形成内外双层保障。由三角形的稳定性可以得知该模型结构强度高、稳定性强。模型四:应用层次分析法对如何科学、合理地进行选择护岸框架,进行系统的分析。选取施工时架空率易接近4到6、结构强度、不易翻滚程度、框架群间易钩连程度、生产成本及易生产、施工简易度六个因素指标为准则层,选取原有护岸框架和本文设计的三个框
4、架模型作为方案层,运用Matlab软件计算比较,最后得出结论为:模型二(六面九边带触脚框架模型)为最优护岸框架模型。【关键词】护岸框架层次分析法立体图形触脚设计Matlab23一、问题重述在江河中,堤岸、江心洲的迎水区域被水流长期冲刷侵蚀。在河道整治工程中,需要在受侵蚀严重的部位设置一些人工设施,以减弱水流的冲刷,促进该处泥沙的淤积,以保护河岸形态的稳定。现在常用的设施包括四面六边透水框架等。这是一种由钢筋混泥土框杆相互焊接而成的正四面体结构,常见的尺寸为边长约1m,框杆截面约0.1×0.1m,将一定数
5、量的框架投入水中,在水中形成框杆群,可以使水流消能减速,达到减弱冲击,防冲促淤的效果。对四面六边透水框架在抛投时和在使用过程中,可能被水流冲击而翻滚移位,使框架群不能达到理想的堆砌效果,对功能有不利影响。为了使框架在水中互相钩连,需要设计新的形状。但已有的多数设计方案都存在问题,主要集中在两个方面:结构强度不足,以及虽然原则上能够互相钩连,但依然不清楚最终堆砌而成的形状是否合理。请你建立合理的数学模型,设计一个良好的框架结构。二、问题的分析近10年来,四面六边透水框架作为一种新型的护岸防冲方式,在河道整
6、治等工程中,得到了广泛的应用。这种新型的护岸方式,不仅可以节省工程材料,而且具有良好的减速促淤效果,在投放区域起到了防止冲刷的作用,但是,在实际使用过程中,四面六边透水框架可能被水流冲击翻滚移位,使框架群不能达到理想的推砌效果,对功能有不利的影响。主要表现为:结构强度的不足,以及虽然原则上能够互相钩连,但是不清楚最终形状是否合理。针对所给问题,我们要设计出一种新型的护岸框架结构,以解决以下实际生活中护岸框架存在的问题:1)结构强度的不足;2)科学、合理的相互钩连;3)减轻框架群在使用过程中的翻滚移位率。
7、我们知道混泥土四面六边透水框架群作为新型的江河护岸工程技术[1],和其他传统的护岸框架(丁坝、抛石护脚等)相比,拥有取材方便、自身稳定性好、透水性好、阻水性佳、基础不易被冲刷、适合地形变化等特性优点,特别是框架的尺寸、架空率和铺设长度的设计,更是有效的综合了透水性、稳定性和阻水性。因此,我们考虑在设计新型护岸框架群时,应结合混泥土四面六边透水框架群在护岸技术上的优势,在混泥土四面六边透水框架群的基础上优化设计,发挥四面六边透水框架群的优势,并尽量弥补四面六边透水框架群在结构强度、易钩连程度、翻滚移位程度
8、上的不足,并综合考虑设计后的框架结构在架空程度、经济生产成本、施工的难易程度等指标,通过机理分析,确定出参数关系,从而设计出四面六边带触脚框架模型(模型一)、六面九边带触脚框架模型(模型二)和双四面六边透水框架群(模型三)然后,我们利用软件[2],建立框架群层次分析模型[3](模型四)通过建立目标层、决策层和方案层,可以选取施工时架空率接近4-6的程度、结构强度、易翻滚程度、易钩连程度、生产成本、施工简易度六个指标对模型一、模型二、模型三所
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