水泵房的优化设计探析

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 %2 5 %。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?？analysis of optimal design of pump house?wang zhen-ye?(turpan prefecture institute of water conservancy and hydropower survey and desig nturpanxinji

2、ang838000)?abstract 】 with the dema nd for in dustrial development and social life, increasing water supply projects, con structi on of water pump also in creased, but the high cost of water pumping stations. according to the literature description, pump knot optimized design, the project cost reduc

3、ed by 5% to 25% can be seen, optimal design of pump house, has significant economic sign 讦 ican ce.?key words reinforced concrete;rectangular caisson;structure;pump house; 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

4、计出来的结构在满足安 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。但按钢筋混凝土构件分类

5、， 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，

6、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， ffl 0.618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 . 6 1 8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

7、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1 ni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。？2.2.1 g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最大弯曲压缩强度。(1) 大偏心情况(即h b时)。(2) 小偏心情况(即2 2 2 b时)。?2.2.2.2最大剪切强度。？

8、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同，同样可通 过对约束条件(1)、(2)取等代，使得对应于截面高 度x的每一取值可算出配筋量，再利用条件(3).(4) 以确定符合所有条件的配筋量最小值，以代入求目标 函数。实际上也是只有一个设计变量x的一维搜索问 题。？2.2.3求x的上、下限。偏压板条的x上、下限求法与纯弯板条不同，应 分大偏心和小偏心两种情况计算。(1) 大偏心情况。此时x的上、下限xu、x 1分别求解，即约束条件(1)相应于最小及最大配筋 率的情况。(2) 小偏心的情况。也取约束(1)相应于最小 及最大配筋率的情况，x u、x 1分别求解。与约束(4)比较，取其较大者为x 1 o ?2.3矩形截面梁的优化设计。同上述类推：？2.3.1目标函数。以梁本体材料和模板的造价为 目标函数。？2.3.2约束条件。（1）最大正弯曲强度。（2）梁两端最大负弯曲强度。（3）最大剪应力强度。（4）最小、最大配筋率。（5）构造要求钢筋最小截面积。（6）梁最小截面高度要求。？2.3.3优化方法及步骤。