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1、基于层次分析法的护岸框架最优方案选择【摘要】长期以来,四周六边透水框架在河道整治等工程中,因其取材以便、自身稳定性、透水性、阻水性好、适合地形变化等特性长处而被广泛的应用。但是,在抛投和使用过程中,存在被水流冲击而翻滚移位、构造强度的局限性、难以合理互相钩连的问题，使框架群不能达到抱负的堆砌效果。本文重要探讨如何合理设计改善既有护岸框架，以最大限度减少框架群被水流冲击翻滚移位的状况，增长框架群在使用过程中互相钩连限度和构造强度，达到减速促淤效果。针对问题,我们结合四周六边透水框架自身的优势特性，在原有框架的基本上进行改善设计,根据三角形稳定性的特性,通过应用机理分析,进行物理图形构造，设计出三
2、种供选方案。模型一：构建四周六边带触脚框架模型（图5.2),该模型在四周六边透水框架的基本上,运用触脚设计,较好的融合增强四周六边透水框架自身的长处特性,使框架达到不易翻滚，并与其她的框架自然地互相钩连。模型二：构建六面九边带触脚框架模型(图5.6),该模型是对模型一的改善,综合模型一和原型模型的构造,不仅具有良好的亲水性、阻水性和稳定性，并且触脚比模型一更多,使框架更加稳定，不易翻滚、框架群之间也更容易钩连；同步,模型二施工简朴，更容易构造，也更加节省经济造价成本。模型三:构建双四周六边护岸框架模型（图5.12)，该模型设计内外双层四周六边透水框架体，旨在增长护岸框架构造强度和稳定性及阻水性
3、。运用内外双层构造设计,形成内外双层保障。由三角形的稳定性可以得知该模型构造强度高、稳定性强。模型四:应用层次分析法对如何科学、合理地进行选择护岸框架,进行系统的分析。选用施工时架空率易接近4到6、构造强度、不易翻滚限度、框架群间易钩连限度、生产成本及易生产、施工简易度六个因素指标为准则层,选用原有护岸框架和本文设计的三个框架模型作为方案层,运用atlab软件计算比较,最后得出结论为：模型二（六面九边带触脚框架模型)为最优护岸框架模型。【核心词】护岸框架 层次分析法 立体图形 触脚设计 alab一、 问题重述在江河中，堤岸、江心洲的迎水区域被水流长期冲刷侵蚀。在河道整治工程中,需要在受侵蚀严重
4、的部位设立某些人工设施，以削弱水流的冲刷,增进该处泥沙的淤积，以保护河岸形态的稳定。目前常用的设施涉及四周六边透水框架等。这是一种由钢筋混泥土框杆互相焊接而成的正四周体构造，常用的尺寸为边长约1m，框杆截面约0.10.1，将一定数量的框架投入水中，在水中形成框杆群，可以使水流消能减速，达到削弱冲击，防冲促淤的效果。对四周六边透水框架在抛投时和在使用过程中，也许被水流冲击而翻滚移位，使框架群不能达到抱负的堆砌效果，对功能有不利影响。为了使框架在水中互相钩连,需要设计新的形状。但已有的多数设计方案都存在问题，重要集中在两个方面：构造强度局限性,以及虽然原则上可以互相钩连，但仍然不清晰最后堆砌而成的
5、形状与否合理。请你建立合理的数学模型,设计一种良好的框架构造。二、 问题的分析近来,四周六边透水框架作为一种新型的护岸防冲方式，在河道整治等工程中,得到了广泛的应用。这种新型的护岸方式,不仅可以节省工程材料，并且具有良好的减速促淤效果,在投放区域起到了避免冲刷的作用，但是，在实际使用过程中，四周六边透水框架也许被水流冲击翻滚移位，使框架群不能达到抱负的推砌效果，对功能有不利的影响。重要体现为：构造强度的局限性,以及虽然原则上可以互相钩连,但是不清晰最后形状与否合理。针对所给问题，我们要设计出一种新型的护岸框架构造，以解决如下实际生活中护岸框架存在的问题：1) 构造强度的局限性;2) 科学、合理
6、的互相钩连;3) 减轻框架群在使用过程中的翻滚移位率。我们懂得混泥土四周六边透水框架群作为新型的江河护岸工程技术1，和其她老式的护岸框架（丁坝、抛石护脚等）相比,拥有取材以便、自身稳定性好、透水性好、阻水性佳、基本不易被冲刷、适合地形变化等特性长处，特别是框架的尺寸、架空率和铺设长度的设计,更是有效的综合了透水性、稳定性和阻水性。因此，我们考虑在设计新型护岸框架群时，应结合混泥土四周六边透水框架群在护岸技术上的优势,在混泥土四周六边透水框架群的基本上优化设计，发挥四周六边透水框架群的优势,并尽量弥补四周六边透水框架群在构造强度、易钩连限度、翻滚移位限度上的局限性,并综合考虑设计后的框架构造在架
7、空限度、经济生产成本、施工的难易限度等指标,通过机理分析,拟定出参数关系,从而设计出四周六边带触脚框架模型（模型一)、六面九边带触脚框架模型（模型二）和双四周六边透水框架群（模型三)然后，我们运用软件2，建立框架群层次分析模型3（模型四）通过建立目的层、决策层和方案层,可以选用施工时架空率接近4-6的限度、构造强度、易翻滚限度、易钩连限度、生产成本、施工简易度六个指标对模型一、模型二、模型三所设计的改价护岸框架和四周六边透水框架群原型进行综合分析评价,以确立出最优的新型护岸框架方案。三、 模型假设1. 护岸框架焊接牢固。2 护岸框架材料均匀,规格一致。3 设计的各类框架选材和四周六边透水框架同
8、样。4 设计的各类框架在施工过程中，不浮现偷工减料等现象。5. 不考虑不同市场间的材料的差价。四、 符号阐明符号含义单个四周六边透水框架的尺寸（边长与边的横截面的边长之比）单个四周六边透水框架的边长四周六边透水框架每一边的横截面（正方形）的边长护岸框架的触脚长成对比较矩阵（准则层对目的层）成对比较矩阵（方案层会目的层）矩阵中的元素矩阵的归一化特性向量矩阵的阶数矩阵的最大特性值一致性指标随机一致性指标一致性比率矩阵中的元素五、 模型的建立及求解5.1 模型一（四周六边带触脚框架模型）本模型通过机理分析,在四周六边框架(如图5.1）的基本上分析设计。5.1. 既有四周六边框架分析图51 四周六边框
9、架四周六边框架群作为近来新型的江河护岸工程技术，具有如下优缺陷（如表.1所示)表51 四周六边框架群优缺陷长处自身可以近似的看作正三棱锥每一种面都为正三角形,根据物理学三角形具有固定性，四周六边框架群自身就具有良好的稳定性。框架群合理架空率取值分派，拥有恰当的空隙构造区别于老式的护岸框架构造，基本不易被冲刷、适合地形变化,具有良好的透水性和阻水性缺陷构造强度的局限性虽然原则上可以互相钩连,但仍然不清晰最后堆砌而成的形状与否合理被水流冲击而翻滚移位在抛投时和在使用过程中，也许被水流冲击而翻滚移位，使框架群不能达到抱负的堆砌效果,对功能有不利影响。针对四周六边框架群在实际护岸中存在的问题和局限性，
10、我们为了保证四周六边框架群区别于老式护岸框架的长处，在四周六边框架群的框架构造上进行优化设计。5.2 第一种优化设计方案四周六边带触脚框架立体效果图(如图.）图5.2 四周六边带触脚框架立体效果图四周六边带触脚框架平面构造构造（如图.3所示）图5.3 四周六边带触脚框架正视图、左视图、俯视图5.1.3 四周六边带触脚框架长处分析四周六边带触脚框架和四周六边框架相比，具有如下长处（表.所示)表5.2 四周六边带触脚框架长处分析表1不易翻滚:四周六边带触脚框架和四周六边框架相比,在每个边上新增了触脚,能有效地制止水流冲击而导致的翻滚移位;护岸框架一般设立在浅水区域，触脚设计能更好地运用地形优势,加
11、大触脚与淤泥的结合度,在一定限度上也减缓了易翻滚度。2框架群之间更容易钩连:四周六边带触脚框架的触脚设计，容易与框架群自然地互相钩连，这种自然的互相钩连方式相比而言,更加合理。51. 四周六边带触脚框架设计环节措施环节一由于带触脚的四周六边框架，相对于四周六边框架有表5.的优势，因此，我们在四周六边框架的基本上,沿着一边延伸的棱长。(如图5.所示)图. 四周六边透水框架延长一边棱长环节二确立参数尺寸。如图5.5为图.4延长的触脚横截面。图5.5 延长的棱长横截面如图5.5所示，为框架每一边的横截面(正方形）的边长，通过机理分析文献资料和实验数据1，我们懂得尺寸并不是越大或者越小就越好,的最优取
12、值为15至18。为了以便计算，我们取中间值6,使：现实中，触脚并不是越长越好，实际中,触脚越长越容易折断,触脚越短,效果也就不明显,为了以便计算,我们商定:触脚长为。则：即触脚长为边长的1/5。环节三按照环节一到环节二的措施，同步延长其她几种边，达到如图5.2所示的四周六边带触脚框架。四周六边带触脚框架在四周六边框架的基本上,新增了触脚,使框架构造不尽具有四周六边框架的基本长处,并且不易翻滚，容易钩连，克服了四周六边框架自身的不易钩连。.2 模型二(六面九边带触脚框架模型)模型二(六面九边框架带触脚框架模型)是模型一的改善模型。5.2.1第二种优化设计方案:六面九边框架优化设计方案模型二的立体
13、效果图（如图5.6所示)图.6 六面九边带触脚框架立体图六面九边框架设计平面构造构造(如图.）图.7 六面九边框架带触脚正视图、左视图、俯视图模型二由上下两个四周六边框架构成，形成六面九边框架,每个面都是三角形的六面九边框架，具有更强的构造强度,稳定性虽然相比四周六边框架有所减少，但是与老式的护岸框架稳定性具有一定的优势。综合模型一带触脚的特性，使模型二构成的框架群更加容易互相钩连,触脚容易扎入泥土,使框架群更加稳定,不易翻滚。.2.2 六面九边带触脚框架在水流中的示例图图5.8 六面九边透水框架旋转如图5.8所示的框架构造,投到岸边，触脚插入泥土中的效果如图59所示，图5 六面九边框架触脚插
14、入泥沙示意图此时为框架放在岸边无水状态下的示意图,当有水流时，框架如图5.10所示。图5.10 六面九边框架放入水流中示意图.2. 六面九边带触脚框架的长处分析六面九边带触脚框架和模型一相比,拥有如下长处（如表5.3所示）表5.3 六面九边带触脚框架优势分析表更加不易翻滚:如5.2六面九边带触脚框架在水流中的示意图（图5.10）六面九边带触脚框架在构造上，由上下两个四周六边框架构成,并且每条边延伸的触脚长,容易与框架群自然地互相钩连,触脚设计也更容易扎深泥沙层,使框架构造更加不易翻滚框架群之间更容易钩连：模型二的触脚设计,容易使框架群自热互相钩连，而不是为了钩连而钩连,真正达到科学、合理，并且
15、相比模型一而言,模型二触脚更多,钩连效果更为明显。施工简朴,由两个四周六边透水框架上下构成,更容易构造。4节省经济成本，由两个四周六边透水框架上下构成的构造，使六面九边框架在成本计算上，每一种比同等条件下两个四周六边透水框架节省根混合泥土的造价成本。5.4 六面九边带触脚框架设计环节环节一参数拟定设立。如图5.所示，我们在四周六边透水框架的基本上设计,取每一种框架的一根边的的边长为，横截面边长为,每一跟延伸的触脚长为,参数计算措施同模型一的参数计算。环节二在图5.1的基本上，焊接如图511所示的六面九边框架构造,由上下两个四周六边透水框架构成。图.11无触脚的六面九边框架环节三如模型一的环节一到环节三，在框架构造的边上延伸触脚长，形成最后效果图(如图5.所示)。5.3 模型三（双四周六边护岸框架模型）模型三的设计旨在不大范畴变化四周六边透水框架的整体基本特性的基本上，增长四周六边透水框架构造强度和稳定性,设计内外
