水工建築物最佳化設計

藉助於新的結構分析方法與疊代原理、數學規劃方法和電子計算機這種高效率的計算工具,水工建築物的設計不再限於校核和人工修改、而是按預定的程式由計算機自動地對設計方案進行有規則的修改,使其既滿足水工建築物所應滿足的各種條件又使其工程量或工程費用最省,達到可靠而又經濟的目的，這就是水工建築物的最佳化設計方法。

基本介紹

• 中文名：水工建築物最佳化設計
• 外文名：Hydraulic structure optimization design

拱壩最佳化設計

拱壩是高次超靜定結構,體型選擇的自由度很大,因此,其體型最佳化問題最早得到研究。這方面的研究大體上沿兩個方向發展,一是尋求力學性態最優為直接目標以工程量最省為間接目標的準則法,另一是把問題歸結為尋求工程量或工程費用最小時設計參數最優組合的數學規劃法。這兩種方法在我國都得到套用和發展,而且還發展了綜合方法。第一個把拱壩最佳化設計問題歸結為數學規劃向題來求解的是澳大利亞的SharPe,用含有九個設計變數的兩個多項式來描述壩的中面形狀和厚度變化,在滿足應力約束和體型約束(包括最小厚度和最大倒懸度)條件卞,尋求使壩體體積最小時上述九個變數的最優組合。利用序列線性化方法解此非線性規劃問題,兩個稜柱形對稱梯形河谷上的拱壩作為算例,證明方法的有效性。研究表明不同的初始方案將有不同的最佳化結果,說明存在局部最優解問題,必要時需用多個初始點進行試探,研究還表明,沒有一種特定的體型對各種條件都具有最優性。

重力壩最佳化設計

重力壩最佳化設計工作雖然開始得略晚,但發展相當迅速,尤其是實體重力壩,在我國,只短短几年即趨向成熟。重力壩最佳化設計也有利用力學準則法的(如上、下游邊緣應力到限等),但絕大部分是把問題表達成尋求工程量(或工程費用,或壩斷面面積)最小的數學規劃問題。

土石壩最佳化設計

土石壩最佳化設計研究得較少,大多是利用優選法尋求抗滑安全係數最小值及其對應的滑裂面參數,這方面的論文和程式已提出不少,較早的有營梅谷和倪錕等,大都限於圓弧滑動面形式。

真正談得上土石壩最佳化設計的是蘇聯的學者。Maksimovic在11屆國際大壩會議上提出關於土石壩心牆最優位置的報告,考慮心牆受壩殼拱效應作用,從提高心牆的抗裂性能和節省壩體材料觀點來看,報告認為稍稍傾向下游的斜心牆比垂直心牆好,他是用彈性有限單元法進行分析的。

泄水建築物的最佳化設計

泄水建築物往往是擋水建築物或其它主體建築物的一部分,其最佳化設計既涉及水流條件,又涉及本身結構、周圍建築物以及下游的經濟和技術指標,因此難以用單一目標來衡量優劣,且因流量的多變性和水流流態的複雜性,最佳化設計有相當的難度。

蘇聯的EyTaKoB利用導數求挑射距離極大值的方法尋求懸臂式挑流鼻坎的最優高度和最優挑角,研究表明當坎高在一定限度內,最大挑距實際上只是挑距對挑角的偏導數為零時的解,但亦應滿足挑距對坎高偏導數為零的條件,從而求得問題的解。郝中堂和張土喬首次利用數學規劃方法來求解具有最高消能率的浪水建築物設計參數。根據高低坎挑流碰撞空中消能率取決於二水股的碰撞角夕,因而可使拱壩高低坎挑流消能工鼻坎挑角的優選問題成為:滿足最小挑距及保證碰撞約束條件下尋求刀最大的數學規劃問題,用罰函式解得這個二因素優選問題。