文摘

现有的大部分水闸在中国已经经营了超过40年,和老龄化问题越来越突出。水闸的加固方案的选择脆弱的条件是对整个项目具有重要意义。一个合理的加固方案可以确保他们的安全运行,减少不必要的资源投资。本研究着重于导流门中国的一座桥梁,通过老化出现了下游的能量耗散和冲刷预防能力不足,严重的导流堤基金会的冲刷,防汛救援能力不足。两种加固方案研究通过分析桥引水闸的工程参数和工程建设的必要性,即提高洪水流量水平和增加溢流部分的宽度。在这项研究中,首次使用超级决策软件来模拟引水闸桥的加固方案计算的重量因素,并获得上述两种加固方案的优化方案,它是基于网络分析法(ANP),及相关影响因素的强化方案桥引水闸确定和评估。相关的计算和分析,采用ANSYS有限元软件进行优化方案。这种水闸的加固方案的选择过程为其他类似工程提供了参考。

1。介绍

在1970年代和1960年代,很多水闸在中国建造了一波又一波的水利建设项目。然而,许多这些水闸不满足目前的标准要求时由于技术限制建设。特别是,20到30年的使用后,设备老化、结构腐蚀的影响导致了洪水管理和创造了危险条件差通过推迟减轻洪水灾害的响应时间和救援和阻碍有效的防洪工作的进步在发生洪水灾害(1]。除了上述效果,这种水闸在中国的主要风险与防洪标准不足,损失的能量耗散机制和antishock特性,稳定性差的水闸,未能满足现行抗震设计规范的要求,和其他因素2,3]。闸风险的分析包括两个主要的研究目的:评价水闸的安全脆弱的条件和选择适当的风险强化措施(4,5]。

评估风险移除和水闸的加固方案是水闸的基础加固。直到现在,没有科学、成熟和普遍适用的理论方法评估水闸的安全加固方案已经运营多年。有些学者深入讨论和研究了安全评价的应用技术,如裂缝混凝土的动态测量技术(6,7]。由于缺乏统一的标准,选择指数的评价主要集中在文献综述和相关领域的人员的主观判断。尤其是对于那些水闸在不同地区具有不同特点,评价的合理性和适用性仍需要进一步讨论。像许多学者受到主观因素的影响,忽略评价因素之间的相互限制在比较设计方案(8- - - - - -14),有必要找到一个客观的评价方法适用于加固方案。选择风险去除和强化项目的方案多属性评价问题;应该考虑许多因素,如项目投资、建设困难,方案的可靠性、施工期间,环境影响的范围(15- - - - - -18]。与此同时,在构建评价体系的实际应用的水闸的加固方案,指标和权重应该根据水闸的位置适当调整在脆弱的情况下,问题的发生的主要原因和项目的特点,使评价更准确和有针对性的。一个合理的加固方案可以节省资源投资和可以实现安全运行的影响。

目前,方案评价已广泛应用于水利水电规划的优化方案。多属性评价理论已应用于水闸的安全评价,但很少应用于方案优化。人等人建立了一个预测模型,该模型可用于多目标决策灰色关联投影法的基础上,可用于水利工程开发方案的选择(19]。郭提出了ANP-FCE-integrated综合评价方法后,结合网络的特点,分析方法和模糊综合评价方法。这种方法可以获得更客观的水利工程后评价的结果(20.]。人工神经网络方法已经被一些学者研究水电规划方案的优化(8,9]。Yabo等人提出了一种基于相对熵的决策方法排名,这是一个评价模型,可以全面评估所有水利工程投标方案的差异和被证明是最有效的与其他方法相比(21- - - - - -23]。解决方案选择的问题,学者们也提出了许多评价方法,如主成分分析、蒙特卡罗模拟综合评价方法,Entropy-TOPSIS相结合方法,等等(24- - - - - -26]。

ANP Saaty提出,1971年,这是一个多属性决策理论和应用这个方法来研究美国国防部的27]。自那时以来,一些学者利用ANP建立可持续的建筑改造机制下的能效承包模式。通过访谈和问卷调查,他们获得的关键评价指标连续机制的建设改造。在他们的研究中,有关指标的优先级确定通过小组讨论(7,28- - - - - -32]。在不同的研究中,光和波分析了地下工程施工对周围建筑物的影响以及电子产品的回收利用层次分析法,分别为(33,34]。在环境保护方面,网络分析法(ANP)方法利用获得的权重标准及subcriteria从业者确定最佳施工和建筑垃圾(CDW)利用方案从综合的角度来看(35]。也有一些研究关注ANP的环境评估,如河流水质采样点的优先级,社会生态湿地系统的管理,农村地下水需求管理(36- - - - - -40]。ANP是相对客观的评价方法,ANP方法也用于确定管道失效概率的指标评价体系。结果表明,该方法的评价结果符合日常认知和现场检测结果(41- - - - - -44]。在这些研究中,超级决策软件是用来计算重量,和MATLAB编程的重量来计算相应的影响因素,提供了一种新的方法基于ANP的重量计算(45- - - - - -47]。然而,研究了应用ANP闸加固的方案比较和选择。

结构计算是一个重要因素影响水闸设计方案的选择,这始终是一个受欢迎的话题在人们的研究(48,49]。水闸结构的分析的传统方法是计算内力分别从底板和闸墩在水闸室和简化了闸墩悬臂梁通过材料力学和结构力学(46]。蓄水层是由切条方法,简化和基础梁的内力计算进行查找表法(22,23,50,51]。这个方法很简单,但是很难反映结构的整体作用和实际情况。

为了解决上述问题,以下已进行了调查:(1)采用ANP的加固方案比较和选择闸脆弱的状态,并使用模糊综合评价方法来考虑选择的优化方案;(2)采用反作用力直线方法或弹性地基梁法分配比例的不平衡剪力门码头和地板,分开;(3)建立ANSYS有限元计算模型对闸门室结构;(4)最后,考虑到门,码头,和地板作为一个整体,计算闸门室结构的位移和应力。

2。材料和方法

2.1。网络层次分析法

网络层次分析法(ANP)是一个多准则决策理论用来获取评价指标的相对权重通过个人的判断。ANP的计算步骤如下。(1)明确问题的具体情况,包括可能的结果控制层和网络层,和决策的影响因素进行了分析。(2)控制quasi-side集群(层次)的目标和确定集群中的元素。如果模型相对复杂,集群和元素可以被数过了。(3)控制标准与相关的集群,集群和集群中的元素与依赖关系。(4)建立超级矩阵。编号的元素是第一个把左边的矩阵,然后放置在顶部的矩阵。元素两两比较发现重量,在相应位置输入的超矩阵。(5)两两比较的元素是根据他们的影响元素在他们的集群和其他集群。 (6) Consistency testing is conducted on the judgment matrix. (7) The vector is weighted. (8) Sensitivity analysis is conducted on the final results [52]。

2.2。模糊综合评价方法

让n因素有关对象评估下,标记为 ,和米代表所有可能的评论,标记为 。然后,模糊综合评价方法的步骤如下。

确定因素集 。

确定评价集 。

然后通过单因素判断会员向量 并形成以下会员矩阵:

确定因素集中权向量和规范化评价集,确定综合隶属度 ,“◦”代表了合成算子。

评价是根据最大隶属度原则进行。

2.3。有限元模型

水闸的位移和压力室使用ANSYS模拟。计算模型考虑了码头和地板作为一个整体,忽略了牙壁的影响,并将直接在基础上的地板上。通过等效简化,闸门室的上部结构作用于墩表面形式的负载。室门口的负载是简化。上游水压力分布的槽码头和应用形式的表面负载。上游水重量作用于上游地板表面负载的形式。码头和底板的self-weights自动计算通过输入相应的密度到程序的材料定义命令。浮力也作用于地板表面形式的负载。

3所示。结果与讨论

3.1。在超级决策界面ANP模型

如图1项目,ANP模型研究建立了南水北调工程的桥连接,和模型反映了控制和网络层之间的关系。在网络层中,我们将研究内容分成五类:项目成本,方案的可靠性、施工期间,施工困难,和环境的影响。15个评价指标,包括项目数量、工程、地质、工程、水文、征地和移民,安全性、可靠性、耐久性、施工组织设计、政治影响力,“三废”排放,生态环境,噪声污染的,施工工艺、交通条件、水和电力供应,和沟通。

3.2。优先级和消除风险和加固方案的比较

根据优先级选择的方案如图2方案1的重量是0.58674,方案2的优先级为0.41326。因此,方案1是更容易被采纳。完成上述步骤后,全球权重生成,得到了最终的权重,如图2。该计划被认为是一种优化方案,评价的因素集W={优秀,很好,通过,失败}。桥闸消除和强化项目风险评估是通过问卷调查进行分发给七个评审专家,三个设计师。完成的问卷收集后,评价因素进行规范化,评价结果处理。最终结果如表所示1。

根据评价结果,构建相应的评价矩阵如下:

加权平均M·,⊕)被选为模糊综合计算,和获得的评价向量年代_一个,年代_B,年代_C,年代_D,年代_E,分别。

评价结果计算如下:

桥的优化方案的最终得分引水闸强化项目4×0.3502 + 3 + 2×0.4107×0.0664×0.1726 + 1 = 3.0445。考虑到各种因素,问卷受访者普遍表示,有一个良好的优化方案W得分。

3.3。有限元模型

使用的码头和底板混凝土SOLID65单元,和SOLID185固体元素使用的基础。计算模型包括26975个节点和143296个实体单位。水平和垂直水流方向的X- - -Y相互重合,分别用作垂直方向Z设在。基础的大小是根据底板:基金会的长度是一样的码头的高度和深度的两倍。边界条件,正常的和完整的约束对基金会和在底部的四个方面,分别。正常约束对两岸的码头。网格划分模型如图3计算模型如图4。

根据计算模型,在三个工作闸门室位移条件测定,如表所示2,通过ANSYS计算主应力如表所示3。大门的位移和压力室是最高洪水位时检查和最低施工时完成。此外,压力集中在门的底部底板附近的码头。

4所示。讨论

最初的设计洪水流量的中心不符合当前的代码。原桥的引水枢纽设计采用了50年的洪水设计和200年的洪水检查的2160米³/ s和2900米³分别/ s。的溢洪道闸引水工程的设计包括10孔,各有10米的宽度。当上游水达到了最初的设计检查的2900米³/ s,溢洪道闸前水位1128.6米。因此,现有溢洪道闸洪水不符合检查要求和必须改革以增加泄洪能力,这将确保引水枢纽的安全运行。

原始设计方案的防冲刷下游闸采用裙板表面流能量耗散的方法。在工程建设的开始,下游河床的海拔是1123.3米;目前,海拔1120米。裙板的能量耗散函数不能施加由于河床切割。目前,地板上游闸门室的高度是1123.3米,床和下游的平均海拔是1120米,说明差异下降3.3。盆地的深度是0.6米,长度为22米。根据计算,现有盆地的深度太浅,以满足能量耗散的要求。当前条件下的能量耗散设施相对较薄。一旦大量排放,很难确保安全的洪水穿越。原始设计的能量耗散机制砂闸的洪水闸一样,和存在的问题也是一样的。 Past the sand sluice, the existing pool is 25 m long and 1.25 m deep. The elevations of the upper and lower river beds are 1122.8 m and 1120 m, respectively, indicating a drop of 2.8 m. By calculation, the length of the downstream basin should be 29.8 m, and the depth should be 1.96 m. Similar to the conditions of the spillway sluice, those of the energy dissipation facilities are also relatively thin, and it is difficult to ensure safe flood crossing in this area when a flood is discharged.

上游导流堤的最高海拔113米,是一样的,闸墩顶部;顶部宽3米;和基础的埋深1.0米。上游导流堤有以下问题。

高路堤缺乏。减少冰排放压力的水电站下游桥梁在冬天,一个冰存储仓库设计能力为2.6×106米³建立了桥梁工程使用的上游导流堤和一级阶地干河。这减少了洪峰适当夏季汛期。然而,超级海拔导流堤前不符合当前的代码。

混凝土板严重受损老化的影响。上游导流堤是沙子和砾石坝15厘米厚的混凝土板。经过几年的使用,行动的风,雨,和波严重侵蚀混凝土板,导致其崩溃,和凹坑表面上发展。此外,杂草增长之间的关节是普遍存在的。所有这些因素威胁公共安全导流堤时使用。

导流堤的顶部的宽度不满足防洪的要求。的测量宽度的上游和下游的导流堤桥只有2.8米。交通不能靠边,使防汛应急救援车辆的通过,这将影响材料的分布。因此,为了满足交通需求,有必要扩大堤。

下游通道的原始高程1123.00米,和最初的设计基础导流堤的海拔是1119.80米。自首次操作,下游河道采砂不断减少。信道的平均海拔已经从原来的1123.0减少到目前的1120.0。因此,下游导流堤基础的埋深是不够的。根据计算,导流堤的最大下游冲刷深度为1.61米,和导流堤基础的埋深是至少1118.40米。因此,现有中心的下游导流堤基础不足,包括主要的安全隐患。

整个枢纽的整体布局,入口闸,沙闸,和外部联系道路安排结的右边,和洪水控制关键部件如洪水闸和导流堤是左边。的上游和下游导流堤溢洪道闸需要储备大量的石头和木材每年防洪。这些材料需要运输的左岸通过背后的交通桥入口闸枢纽,交通桥后面的沙闸,左边的导流堤的人工弯曲和溢洪道闸。过去的入口闸和沙子闸,明确交通桥面的宽度是2.6米,宽度的人工弯曲导流堤的顶部是3米。这些道路的宽度太窄,以满足交通需求的大型机械。此外,没有交通工具过去溢洪道闸,传输和材料由农业拖拉机和运输在溢洪道闸门的吊车梁,构成大的安全风险。这种类型的糟糕的交通基础设施不能满足防洪物资的运输需求,严重妨碍了防洪工作的发展,防止项目的安全运行。

提高洪水水位的概念介绍如下(方案1)。提高洪水水位将不可避免地使溢洪道闸前水位上升,同时人工弯曲的入口处,这将增加流量和水位的沙闸。计算,是否溢洪道闸,人工弯曲,沙闸可以满足新的水传递能力的需求没有考虑。首先,冲高水位的高度,每个闸的水流需要计算,和额外的工作添加溢洪道闸,人工弯曲和沙闸下这个新工作条件可以核对。

增加水横截面的宽度的计划(方案2)简要介绍如下:两种类型的引水枢纽的泄洪通道存在的桥:洪水闸和人工弯曲,包括下游砂闸和入口闸。增加横截面的宽度只能增加蓄水箱的宽度或人工弯曲的截面大小。考虑到增加人工弯曲的部分宽度将不可避免地改变人工弯曲的循环效应,这可能会导致大量的泥沙进入闸,它是不便增加人工弯曲的断面尺寸。因此,增加横截面的宽度可以实现只有通过提高水闸打开的宽度。的单一宽度现有溢洪道闸门室是10米。促进共同部署的金属结构设备和交通的布局和步行桥的上部闸门室,单一的宽度增加溢洪道闸门洞也是10米。选择最好的和最优加固方案,经济、合理、全面的影响,两种基本方案的措施和功能用于解决引水枢纽的隐患Xi桥比较和选择。综合评价后的问卷答案的10个专家,最终确定选择包括项目投资、建筑可靠性、施工期间,施工困难,和环境的影响。

项目投资方案的选择有重要影响。影响因素,包括成本的投资,建设工程、设备及安装、临时工程、征地和移民,和建筑工程的数量和成本的影响主要是通过金属结构设备和机电设备。暂时的作品包括建筑、娱乐、建筑、临时道路、和其他项目。在项目投资方面,除了前面提到的成本,有独立的成本,基本储备成本,等等。然而,在项目总投资,这些成本只占一小部分,因此不考虑。由于越来越多的闸孔和海的宽度沉塘的地幔,重建的导流堤溢洪道闸门的左边;和下游的深化导流堤基础连接的其他部分,方案2中的项目数量大于,在方案1。通过计算,方案1的总投资是40.0327亿元,与方案2是55.3722亿元。

评价指标体系的建立是决策评价的基础加固和安全的计划。如果建筑是不合适的,指标权重和方案的最终评价结果不合理和可靠的11,12]。当选择影响因素,构建综合评价指标体系,本研究考虑三个方面:安全性、适用性和耐久性。在项目方案的比较和选择,方案的设计应首先保证项目完成后的安全。因此,我们也应该确保项目适用于防洪、灌溉、引水。同时,耐久性的原则应该是保证转移的钢筋连接完成后。解决问题的大桥引水闸泄洪能力不足,该方法采用第一个方案是人为地提高闸前的洪水位0.53米,而第二个计划添加一个洪水闸两个洞有净宽度10 m。相对而言,方案1的防洪压力很大,而方案2是减少。打开后闸室部分,然而,前面的河床闸将扩大,和前面的淤积闸将比目前更严重的发生。

施工期间也导入方案选择,尤其是水利工程,往往需要考虑干旱时期的建筑。施工组织设计是根据工程地质、枢纽布局和建筑特点。这些结合原始的建筑材料,建筑机械,资源分配,和其他因素确定相应的施工方法、施工工艺、施工方案设计和其他因素,将直接影响施工周期的长度。此外,天气和其他自然环境条件以及政府部门的相关政策也会影响工期。

施工困难的程度影响因素是施工技术水平,建设地质条件、资源配置条件。桥导流管头中心的主要功能是灌溉和发电。环境影响评估是基于产业政策的原则;生态保护、生态环境不会造成重大损失的;合理分配和利用水资源;和标准排放。

这些因素需要符合功能性环境需求。项目的施工现场集中,机械噪声高的影响。

基于科学的分析,系统的代表,灵活,以及可操作性原则的方案比较和选择桥转移水闸、影响因素确定方案的比较和选择,和之间的相关性因素。模型计算,采用系统动力学(SD)软件显示,方案1比方案2和可以接受的可以使用的优化方案。最后,方案1进行模糊综合评价,以及问卷调查的结果被认为是。我们的结论是,这个计划有很好的W得分。与其他评价方法相比,水闸的加固方案,ANP考虑评价指标之间的关系,这在其他研究中被忽略。

5。结论

在这项研究中,ANP是用于构造引水闸强化项目的方案比较模型的桥。可以得出如下的结论:首先,通过进行问卷调查,重要的因素及其影响桥梁的加固方案的选择确定引水闸。影响因素的权重计算方案比较,超级决策软件。发现提高泄洪的重量级别如方案1是0.58674,和方案2的优先级为0.41326。因此,方案1是更可能采用一种优化方案。其次,它更实用考虑码头和底部板作为一个整体,这是很容易通过使用ANSYS模型的水力计算中心,水闸和导流堤。从仿真结果可以发现,大门的位移和压力室的最高洪水位检查时,位移和应力时的最小施工完成后,还会有应力集中在门的底部底板附近的码头。最后,本研究不仅尊重主观价值取向等信息,工作经验和知识能力的决策者和专家,也包括工程实践的客观规律和实际数据的信息。工程实践表明,它不会导致这种情况,评价结果与现实,克服了单一和片面。它是一种更适用的综合评价方法。 This research can serve as a reference in the study of bridge diversion sluice reinforcement schemes.

本研究还存在一些不足。虽然好处是明显的热点可以很容易地检测到,包括评价体系的详细信息的过程会消耗大量的时间来收集数据和设计ANP模型。此外,只有水闸的加固方案进行了研究,而不是所有的水利工程。进一步讨论这个问题的水利工程加固方案的选择,本研究可以扩展到包括水库和渠道除了水闸。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢创新中心的环境和资源(冷藏工人)在上海工程技术大学的技术支持。这项研究是由新疆维吾尔自治区自然科学基金,批准号下2021 d01b10。