弧形鋼閘門的優(yōu)化設計與可靠度分析.pdf

1、在水利水電工程領域，水工鋼閘門是不可缺少的一種鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，它廣泛應用于水壩的航運、灌溉、引水發(fā)電等系統(tǒng)中。閘門種類有很多，其中弧形鋼閘門擁有其它類型閘門所沒有的優(yōu)點，成為應用形式最普遍的閘門。在弧形鋼閘門的設計研究中，由于基于平面體系的傳統(tǒng)計算方式忽略了構(gòu)件之間的相互作用，會導致計算結(jié)果不夠準確;同時通過試算的方法計算效率不高，最終結(jié)構(gòu)偏于安全;目前以確定性方法設計的結(jié)構(gòu)只是具備一定概率上的安全性能，所以在設計完成后校核各構(gòu)件的可靠度很

2、有必要。
　　本文利用有限元仿真技術(shù)ANSYS對閘門進行三維建模和受力分析，通過考慮弧形鋼閘門各構(gòu)件之間的相互作用，使結(jié)果更加準確。在此基礎上，利用優(yōu)化算法在結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性之間尋找一個平衡點，并對優(yōu)化結(jié)果進行可靠度校核。論文具體的研究工作如下:
　　1、詳細介紹了閘門組成、分類以及各重要構(gòu)件的布置形式;接著闡述了建立弧形鋼閘門有限元模型所需的單元類型、工況組合、約束以及相關(guān)規(guī)范對閘門的要求等內(nèi)容。依據(jù)對弧形鋼閘門構(gòu)造和

3、建模的敘述，建立一個閘門實體模型，研究分析了此模型常見的作用和抗力，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可靠度分析做好準備。
　　2、利用粒子群優(yōu)化算法，結(jié)合ANSYS的分析計算能力，對弧形鋼閘門進行優(yōu)化設計。此方法與傳統(tǒng)的通過試算的設計方法相比，不會產(chǎn)生過于保守的設計結(jié)果;與ANSYS自帶的優(yōu)化算法相比，避免了局部收斂的問題，計算效率提高。在這過程中，對比了三種不同主框架形式的閘門用鋼量，總結(jié)了雙主梁形式弧形鋼閘門受力更加均勻、造價低廉的優(yōu)勢。