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    復合地基智能綜合優選系統思考

    日期:2022年01月27日 編輯:ad201107111759308692 作者:無憂論文網 點擊次數:209
    論文價格:150元/篇 論文編號:lw202201111504077214 論文字數:45623 所屬欄目:工程碩士論文
    論文地區:中國 論文語種:中文 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis
    相關標簽:工程碩士論文

    本文是一篇工程碩士論文,本文分析了復合地基技術經濟評價的研究現狀,在深入研究復合地基處理技術合理性與經濟合理性的基礎上著重對復合地基處理方案的的智能優化設計與方案比選展開研究。


    1 緒


    1.1 研究背景與意義

    1.1.1 研究背景

    近年來,伴隨著我國經濟的高速發展,建筑行業的規模也在急劇的發展擴張中,建筑物的規模愈來愈大,功能需求和結構要求日益增高  [1]。尤其十三五規劃指出,下一步我國社會經濟發展的主要方向是資源節約型、高質量發展的社會,在此大背景下,地下空間的積極開發符合我國社會經濟建設的需求,地基基礎行業也將相繼迎來新的發展機遇[2]。隨著地下工程的發展勢頭越來越好,復合地基處理工程所受到的重視程度也迅速增高,行業內清晰的意識到了復合地基處理工程的關鍵性,一方面會直接影響整體工程的建設質量,另一方面地基基礎處理工程所占工程總造價和總工期比重很大[3]。因此隨著工程領域的發展與進步,對地基處理技術提出了更高的要求。

    在這樣的背景下,復合地基的優化設計與方案比選問題成為了工程人必須重視的問題。復合地基處理工程影響因素多,怎樣在多個設計方案中選擇出與該地基工程最匹配[4]、最適合的地基處理方案,是一個繁瑣且需要仔細斟酌的過程[5]。目前,國內對于地基處理方案技術經濟分析的研究相對較少,大多數設計單位技術人員主要根據多年積累的工程知識和專業素養,主觀選取幾個可供備選的方案,再通過對比這幾個備選的地基處理方案的各個層面優勢與劣勢,最終確定工程應用的方案[6]。這種傳統方式隨意性較強,主觀性較強,且一定程度上會被設計人員的專業素質所限制,使得選取過程較為粗糙簡單,沒有較強的說服力。復合地基處理方案想要做到科學選取,應該綜合分析施工可行性、技術設計、成本、質量、工期等條件,應該進行整體性比選與分析,方可在眾多處理方案中選擇出最佳的處理方案[7]。然而,當前各類地基處理方案的技術經濟比選分析研究較少,當前的方案選擇大致上以人為經驗選取為主過于主觀,結果偏差較大,可靠性不高。且復合地基的設計經常出現功能過?;蚬δ芮啡钡那闆r,無法得到最優的地基處理方案[8]。因此當前地基處理領域的燃眉之急就是找到一個能夠最大可能兼顧滿足技術要求且減少無為經濟投資的好方法。


    1.2 研究現狀

    1.2.1 復合地基處理技術研究現狀 

    “復合地基”的說法最開始是由國外學者提出的,最初階段是運用碎石樁方法處理天然地基的代名詞,隨著長年累月的發展,逐漸變為采用樁體加固技術來處理天然地基[17-23]。之后,隨著經濟向好的持續發展,地基處理技術在工程實踐領域以及基礎理論研究方領域的發展,都取得了質的飛躍。近三十年來,我國該領域內工作人員逐漸增強了對復合地基的關注,切實的促進了復合地基的應用與發展。  [24-29]。

    復合地基概念早期僅僅局限在對軟土地基的加固時采用散體材料樁這種形式。建國初期,有專家開展對石灰樁加固地基的探索與研究,并對其研究成果進行了總結歸納  [30-33]。到了 1970  年代,CaO  與多種摻合料一起制成石灰樁,被應用于各種地質條件下等級較低的建筑,且反饋結果較好[34-36]。

    近年來隨著復合地基技術與建筑行業的快速發展,復合地基的各方面要求越來越多樣,越來越嚴苛,在此高需求的持續發展下,工程實踐積累愈來愈多,然而復合地基承載力和沉降計算理論還不夠成熟[37-40]。但是在業內復合地基處理所產生的經濟效益是毋庸置疑的。

    蘇肖康[41]等以 CFG 樁復合地基作為研究對象,為該地基的施工工藝提供了新的思路與見解。

    趙其華[42]等運用  Matlab 對 CFG 樁進行優化設計,取得了不錯的成果。

    葉書麟[43]等以旋噴粧復合地基為研究對象,深入研究其水泥慘入量對承載力的影響,并得到良好反饋。

    楊敏[44]在研究豎向荷載作用下的變形特性上,求得長短樁組合樁對沉降有著顯著作用,并且得到此法能夠有效減少長樁的工程量。


    2 復合地基的特征分析與系統搭建


    2.1 復合地基的特征分析

    2.1.1 復合地基的定義與分類

    復合地基的定義,是說地基處理過程中,為達到建筑物要求,天然地基需增強地基承載力,將天然地基的部分土體置換,或者說加筋材料添加在天然地基中。目前常用的地基處理方法眾多,這些地基處理方法大致可分為四大類,如圖 2-1 所示。本文主要討論的方法是豎向增強體這類復合地基類型,如圖  2-1(d)所示。該方式因其造價低等優勢,得到工程領域的青睞。

    豎向增強體按照規范的劃分方法,即以樁體材料進行區別,通常認定分為散體材料樁、剛性樁和柔性樁三類,常見分類情況見表 2-1:

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    2.2 智能綜合優選系統的搭建

    復合地基智能綜合優選系統是一個綜合的智能系統,該系統一方面能夠同時且高效的完成多個方案的優化設計,快速得到關鍵設計所需參數;另一方面能夠將所得的不同設計方案,借助綜合評價模型并編制好計算機程序語言進行計算,進而得出最科學、可靠的處理方案。該系統旨在完成一個“優中選優”的決策過程。

    復合地基智能綜合優選系統的設計思想是:將優化設計模塊與綜合比選模塊分開,根據復合地基設計領域資料,建立優化設計模型,通過求解優化設計模型來計算分析并解決實際設計問題;根據復合地基的方案比選領域資料,建立方案綜合評價模型,通過求解綜合比選模型來計算分析并解決實際方案比選問題。用戶已知工程勘察數據與設計數據,就可以通過優化設計模塊快捷計算的得出關鍵參數設計結果與造價成本信息,進而通過綜合評價模塊做到“優中選優”,進而輸出最佳處理方案。 

    復合地基智能綜合優選系統的組成結構如圖  2-2  所示。用戶操作界面:用戶通過用操作界面向優化設計模塊中輸入工程勘察數據與設計數據,通過模塊計算獲取滿足承載力與沉降量等技術要求的優化設計參數,并輸出關鍵參數值與樁體造價信息;之后在優化設計模塊的基礎上,通過綜合比選模塊輸入各個不同方案的評判信息,并最終輸出不同處理方案的綜合得分值,進而得到最大化滿足各方實際需求的最優處理方案。

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    3 復合地基智能優化設計研究 ........................ 17

    3.1 CFG 樁復合地基智能優化設計數學模型 .............................. 17

    3.1.1 CFG 樁復合地基處理的設計分析 ............................... 17

    3.1.2 CFG 地基承載力的計算方法 .......................... 18 

    4 復合地基智能綜合評價模型的研究 .................................... 35

    4.1 復合地基處理方案的評價指標體系的構建 .......................... 36

    4.1.1 評價指標體系的建立原則................................... 36

    4.1.2 層次結構的確定與構建 ................................... 36

    5 智能綜合評價分析系統的開發 ........................... 53

    5.1 系統開發環境及工具 .................................. 53

    5.1.1 系統技術支持平臺................................ 53

    5.1.2 系統開發工具 .................................. 53


    5 智能綜合評價分析系統的開發


    5.1 系統技術平臺及開發工具

    5.1.1 系統技術支持平臺

    想要最終完成一個系統的開發,技術支持平臺選擇是首先要思考的問題。技術平臺的配置關乎系統的可操作性與流暢便捷性。目前現有的操作系統主要包括 PC 端  Windows、Unix、Net Ware、Linux 等,移動端包括 IOS 與安卓等??紤]到計算量較大的原因,故而我們此次主要針對 PC 端展開系統的開發。Windows  系統因兼容性強、操作便捷、使用效率高、受眾廣等特點而成為當前的主流操作系統。為了更便捷、高效的服務于用戶,提高用戶的使用體驗,本文選擇在  Windows7  技術支持平臺上開發該系統,可以使的系統的受眾更廣,應用更廣泛。

    5.1.2 系統開發工具

    復合地基智能綜合優選系統開發選用  MATLAB 2016b  作為開發平臺工具。近年來,建筑行業積極向信息化方向靠攏,故而 MATLAB 越來越受到工程領域的重視。并且MATLAB 向較于其他開發軟件,對不擅長編程的工程人來說,十分友好,極適合快速上手。另一層面本文選擇 MATLAB 作為系統開發工具主要是因為優化設計模型所采用的遺傳算法與綜合評價模型所采用的灰色模糊層次分析法都是由 MATLAB 進行計算求解,因此采用 MATLAB 進行開發方便快捷,能夠省略很多不必要的麻煩。


    6 結論與展望


    6.1 研究成果

    本文分析了復合地基技術經濟評價的研究現狀,在深入研究復合地基處理技術合理性與經濟合理性的基礎上著重對復合地基處理方案的的智能優化設計與方案比選展開研究,主要有以下幾個方面的研究成果和結論:

    (一)建立多個類型的復合地基優化設計數學模型,并將智能優化算法與傳統復合地基處理方案設計相結合,使用 GA 遺傳算法對 CFG 樁復合地基、多樁型復合地基、水泥土攪拌樁復合地基的優化模型進行了智能求解,結合實例驗證了基于遺傳算法的復合地基優化設計模型是可行的;

    (二)在對復合地基的方案綜合比選的研究

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