TỐI ƯU TRỌNG LƯỢNG DẦM LIÊN HỢP BẢN BỤNG KHÓET LỖ TRÒN CÓ GIA CƯỜNG LỖ ĐẦU DẦM SỬ DỤNG THUẬT TOÁN TIẾN HÓA VI PHÂN

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/333564702 TỐI ƯU TRỌNG LƯỢNG DẦM LIÊN HỢP BẢN BỤNG KHT LỖ TRỊN CĨ GIA CƯỜNG LỖ ĐẦU DẦM SỬ DỤNG THUẬT TỐN TIẾN HĨA VI PHÂN Conference Paper · April 2019 CITATIONS READS 1,430 authors: Tran-Hieu Nguyen Nguyen Quoc Cuong Hanoi University of Civil Engineering National University of Civil Engineering, Hanoi 22 PUBLICATIONS   16 CITATIONS    PUBLICATIONS   3 CITATIONS    SEE PROFILE SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: highrise steel building View project OPTIMIZATION OF STEEL STRUCTURES USING EVOLUTIONARY ALGORITHM INTEGRATED WITH MACHINE LEARNING View project All content following this page was uploaded by Tran-Hieu Nguyen on 03 June 2019 The user has requested enhancement of the downloaded file Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 TỐI ƯU TRỌNG LƯỢNG DẦM LIÊN HỢP BẢN BỤNG KHT LỖ TRỊN CĨ GIA CƯỜNG LỖ ĐẦU DẦM SỬ DỤNG THUẬT TỐN TIẾN HĨA VI PHÂN Nguyễn Trần Hiếu1,, Nguyễn Quốc Cường1 Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội Tóm tắt Dầm liên hợp có bụng kht lỗ trịn sử dụng phổ biến cơng trình dân dụng nhờ ưu điểm vượt trội khả vượt nhịp lớn, trọng lượng nhẹ, cho phép hệ thống đường ống kỹ thuật chạy xuyên qua dầm Sự làm việc dầm liên hợp bụng khoét lỗ tương tự hệ giàn gồm cánh đứng liên kết cứng với nhau, khơng có xiên dẫn đến nội lực cánh đứng lực dọc mà cịn xuất lực cắt mô-men Những lỗ mở khu vực gần gối tựa khu vực đặt lực tập trung có lực cắt mô-men lớn thường gia cường cách hàn thêm thép bịt kín lỗ Thực tế, nhu cầu giảm giá thành sản phẩm để tăng tính cạnh tranh, tốn tối ưu trọng lượng dầm khoét lỗ trở thành vấn đề kỹ sư thiết kế Trong báo này, thuật tốn tiến hóa vi phân sử dụng để giải toán tối ưu trọng lượng dầm liên hợp khoét lỗ Một ví dụ số thực hai đối tượng dầm khoét lỗ thơng thường dầm kht lỗ có gia cường lỗ đầu dầm với mục đích đánh giá hiệu việc gia cường lỗ đầu dầm Từ khóa: dầm liên hợp, dầm kht lỗ, lỗ trịn, tối ưu, tiến hóa vi phân WEIGHT OPTIMIZATION OF COMPOSITE END-FILLED CELLULAR BEAMS USING DIFFERENTIAL EVOLUTION ALGORITHM Abstract Composite cellular beams are preferred in building constructions because of its advantages such as long span capability, light-weight and the ability to pass utilities directly through the web openings Composite cellular beams behave similarly to Vierendeel trusses without diagonal members and as a result, a localized bending moment and shear force exist around openings Normally, web openings near the supports or at the concentrated load position are infilled by a piece of steel plate in order to subject the great shear force In practical design,  Tác giả E-mail: hieunt2@nuce.edu.vn (Nguyễn Trần Hiếu) Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 due to the high cost of this kind of structure, there is a need for minimizing the weight of the beam In this study, the differential evolution algorithm is used to solve the weight optimization problem A numerical example is conducted for both composite cellular beam and composite end-filled cellular beam to evaluate the effectiveness of the infilling of openings Keywords: composite beam, end-filled cellular beam, circular opening, optimization, differential evolution Giới thiệu Ý tưởng hình thành dầm có bụng kht lỗ đến từ nhu cầu tích hợp hệ thống đường ống kỹ thuật vào hệ kết cấu dầm sàn để tăng chiều cao thông thủy tầng Ban đầu, lỗ mở lớn hình chữ nhật khoét bụng dầm thép với mục đích cho hệ thống đường ống kỹ thuật chạy xuyên qua dầm Hình 1(a) Dầm khoét lỗ lục giác liên tục bụng đề xuất lần vào năm 1935 cách cắt bụng dầm cán nóng tiết diện chữ I theo đường zíc zắc, sau chồng hai nửa lên hàn nối đường hàn đối đầu dọc dầm Do việc chế tạo phức tạp nên loại dầm trở nên phổ biến công nghệ cắt hàn tự động phát triển Dựa ý tưởng dầm khoét lỗ lục giác, dầm khoét lỗ tròn lần giới thiệu vào năm 1987 (Hình 1(b)) Cách chế tạo dầm kht lỗ trịn hồn tồn tương tự thay đường cắt zíc zắc hai đường cắt dạng nửa đường trịn Nhờ có nhiều ưu điểm nên dầm khoét lỗ tròn áp dụng vào 4000 dự án 20 quốc gia giới (a) Lỗ chữ nhật đơn (b) Lỗ tròn liên tục bụng Hình Các loại dầm khoét lỗ bụng (Nguồn: steelconstruction.info) So với dầm bụng đặc, dầm khoét lỗ có nhiều ưu điểm vượt trội Đầu tiên, chiều cao dầm khoét lỗ tăng lên so với dầm bụng đặc ban đầu, đặc trưng hình học mơmen qn tính, mơ-đun kháng uốn dầm tăng lên đáng kể Điều cho phép dầm khoét lỗ có khả vượt nhịp lớn dầm bụng đặc ban đầu Khả vượt nhịp lớn giúp giảm Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 số lượng cột móng cơng trình, từ tăng diện tích sử dụng linh hoạt bố trí cơng Một ưu điểm dầm khoét lỗ cho phép hệ thống đường ống kỹ thuật (HVAC) chạy xuyên qua bụng dầm Thơng qua việc tích hợp hệ thống HVAC vào chiều cao kết cấu, trần giả bố trí mặt dầm thép qua tăng chiều cao thơng thủy tầng nhà Nhờ ưu điểm trọng lượng nhẹ, khả vượt nhịp lớn nên dầm thép khoét lỗ thường sử dụng làm kết cấu đỡ mái cơng trình yêu cầu vượt nhịp lớn nhà kho, xưởng sản xuất, nhà thi đấu thể thao,… Dầm khoét lỗ sử dụng làm kết cấu đỡ sàn Trong trường hợp này, dầm khoét lỗ thường thiết kế dầm liên hợp để huy động thêm làm việc sàn bê tông Do tận dụng khả chịu kéo tốt vật liệu thép khả chịu nén tốt vật liệu bê tơng nên dầm liên hợp thép – bê tơng có bụng khoét lỗ có khả chịu uốn cao nhiều so với dầm thép khoét lỗ thông thường Loại dầm thường sử dụng công trình văn phịng, gara tơ nhiều tầng Hình Biểu đồ nội lực giàn Vierendeel Về bản, dầm thép khoét lỗ làm việc hệ giàn xiên, có cánh đứng liên kết cứng với Khi giàn chịu uốn, cánh đứng ngồi lực dọc cịn xuất mơ-men uốn lực cắt Hình Hiện tượng gọi hiệu ứng Vierendeel Dễ nhận thấy lỗ mở khu vực gần gối tựa vị trí đặt lực tập trung có lực cắt mô-men lớn dẫn đến dầm thường bị phá hoại hiệu ứng Vierendeel Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 Để xử lý vấn đề này, thép có chiều dày với bụng hàn bịt vào lỗ tương ứng Bản thép bịt kín lỗ cần khử hiệu ứng Vierendeel Hình 3(a) phần lỗ cần tạo không gian để liên kết Hình 3(b) (a) Gia cường tồn lỗ đầu dầm (b) Gia cường phần lỗ Hình Gia cường lỗ gối vị trí đặt lực tập trung (Nguồn: steelconstruction.info) Mặc dù có nhiều ưu điểm vươt trội dầm khoét lỗ có nhược điểm giá thành cao, chế tạo yêu cầu máy móc thiết bị chuyên dụng, đầu tư sở vật chất ban đầu lớn Để tăng tính cạnh trạnh với dầm thép truyền thống, nghiên cứu tối ưu trọng lượng giá thành dầm khoét lỗ nhiều nhà nghiên cứu giới quan tâm Một số nghiên cứu điển hình liệt kê như: M P Saka tối ưu trọng lượng dầm thép kht lỗ trịn dựa thuật tốn tìm kiếm hài hịa thuật tốn bầy đàn (Particle Swarm – PS) [1]; A Kaveh F Shokochi tiến hành tối ưu giá thành dầm thép khoét lỗ lục giác trịn thơng thường [2] có gia cường lỗ đầu dầm [3] Trong [4], tác giả tiến hành tối ưu trọng lượng dầm kht lỗ trịn có kể đến làm việc đồng thời với sàn chưa xét đến việc gia cường lỗ đầu dầm Trong khuôn khổ báo, tác giả sử dụng thuật tốn tiến hóa vi phân để tối ưu trọng lượng cho hai đối tượng dầm khoét lỗ thông thường dầm khoét lỗ có gia cường lỗ đầu dầm Một ví dụ số thực để đánh giá hiệu việc gia cường lỗ đầu dầm đưa khuyến cáo trường hợp cần gia cường Thiết kế dầm liên hợp bụng kht lỗ trịn Hiện có nhiều tài liệu hướng dẫn thiết kế dầm liên hợp khoét lỗ ban hành Tài liệu [5,6] giới thiệu phương pháp thiết kế dầm liên hợp có lỗ chữ nhật bụng Tài liệu [7] xuất năm 1994 áp dụng cho đối tượng dầm khoét lỗ tròn liên tục bụng Tài liệu [8] ban hành năm 2011 tổng quát so với [5] áp dụng cho tiết diện cán nóng tiết diện tổ hợp hàn, tiết diện dầm đối xứng bất đối xứng, bụng khoét lỗ chữ nhật lỗ tròn Nguyên lý thiết kế tài liệu [9] ban hành năm Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 2016 tương tự [6], cơng thức có khác biệt nhỏ biên soạn hai đơn vị khác Phương pháp thiết kế dầm liên hợp khoét lỗ bụng sử dụng nội dung nghiên cứu dựa [8], công thức kiểm tra viết theo dạng tiêu chuẩn EN 1994-1-1 [10] 2.1 Các dạng phá hoại dầm liên hợp có bụng khoét lỗ Theo [8], dạng phá hoại dầm liên hợp bụng khoét lỗ thể Hình bao gồm:       Phá hoại gây uốn tổng thể Phá hoại gây cắt túy Phá hoại gây hiệu ứng Vierendeel Phá hoại gây cắt ngang phần bụng hai lỗ Phá hoại gây uốn phần bụng hai lỗ Phá hoại gây ổn định phần bụng hai lỗ Nứt Vỡ bê tông Lực nén Chảy dẻo ổn định Mất ổn định Cắt Mất ổn định cục bụng Lực kéo Lực cắt Gối Chảy dẻo Uốn Hình Các dạng phá hoại dầm khoét lỗ liên tục bụng Trong trường hợp lỗ tròn, nghiên cứu khu vực nguy hiểm vị trí lệch 26° so với phương thẳng đứng [11] Trong thiết kế để xác định tác động Vierendeel, người ta quy lỗ tròn dạng lỗ chữ nhật tương đương có chiều dài chiều cao hiệu le=0.45ho he=0.9ho ho đường kính lỗ trịn 2.2 Sức kháng uốn tổng thể Trong dầm liên hợp khoét lỗ, tác động uốn tổng thể gây lực kéo phần tiết diện chữ T phía dầm thép lực nén sàn bê tông Độ lớn lực nén sàn phụ thuộc số lượng chốt từ gối tới vị trí xét Khi sức kháng kéo phần tiết diện chữ T phía lớn sức kháng nén sàn liên hợp, để cân lực, lực nén phát sinh phần tiết diện chữ T phía Thiên an tồn coi ứng suất nén phần Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 tiết diện chữ T phía phân bố tồn tiết diện Lực nén có độ lớn (NbT,Rd - Nc,Rd) khơng vượt sức kháng phần tiết diện chữ T phía trên, đặt trục trọng tâm tiết diện (Hình 5) Trục trung hịa dẻo lúc nằm tiết diện chữ T phía Sức kháng uốn dầm liên hợp khoét lỗ lỗ xác định công thức: M o ,Rd  N bT ,Rd heff  N c ,Rd  zt  hs  0.5hc  (1) đó: NbT,Rd sức kháng kéo phần tiết diện chữ T phía dưới; Nc,Rd sức kháng nén sàn liên hợp; heff khoảng cách hai trục trọng tâm phần tiết diện chữ T; zt khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện chữ T phía đến mép cánh; hs tổng chiều dày sàn liên hợp; hc chiều dày phần sàn bê tơng phía bên tơn Hình Cân lực tiết diện lỗ Khi sức kháng kéo phần tiết diện chữ T phía nhỏ sức kháng nén sàn liên hợp, để cân lực, phần sàn huy động để chịu nén Trục trung hòa dẻo lúc nằm phần sàn bê tông Chiều cao vùng bê tông chịu nén: zc  N bT , Rd 0.85 f ck beff ,o  c  hc (2) Sức kháng uốn dầm liên hợp khoét lỗ lỗ xác định sau: M o ,Rd  N bT ,Rd  heff  zt  hs  0.5 zc  (3) 2.3 Sức kháng cắt Sức kháng cắt dầm liên hợp khoét lỗ tổng sức kháng cắt tiết diện dầm thép khoét lỗ sức kháng cắt sàn liên hợp Sức kháng cắt sàn liên hợp Vc,Rd xác định dựa theo BS EN 1992-1-1, mục 6.2.2 [12] Trong thực tế, sức kháng cắt Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 tiết diện dầm thép lớn nhiều sức kháng cắt sàn liên hợp Thiên an tồn, bỏ qua phần sức kháng cắt sàn liên hợp Trong trường hợp đó, sức kháng cắt dầm liên hợp khoét lỗ xác định sau:  Vo , Rd  V pl , Rd   AV ,tT  AV ,bT  f y  M0 (4) đó: AV,tT AV,bT – diện tích chịu cắt phần tiết diện chữ T phía xác định Hình 6; fy giới hạn chảy thép kết cấu, M0 hệ số an tồn riêng phần thép Hình Diện tích chịu cắt tiết diện chữ T 2.4 Hiệu ứng uốn Vierendeel Để đảm bảo khả chịu lực, tổng sức kháng uốn Vierendeel bốn góc lỗ có kể đến tác động liên hợp tiết diện không nhỏ độ chênh lệch mô-men uốn hai cạnh lỗ viết dạng sau: 2M bT ,NV ,Rd  2M tT ,NV ,Rd  M vc ,Rd  VEd le (5) đó: MbT,NV,Rd MtT,NV,Rd sức kháng uốn tiết diện chữ T phía phía có kể đến ảnh hưởng xuất đồng thời lực dọc lực cắt; Mvc,Rd sức kháng Vierendeel tác động liên hợp; VEd lực cắt thiết kế vị trí lỗ xét; le chiều dài hữu hiệu lỗ 2.5 Sức kháng vùng bụng hai lỗ Nội lực vùng bụng hai lỗ liên tiếp bao gồm: lực cắt đứng, lực cắt ngang, lực nén gây truyền lực cắt mô-men uốn gây hiệu ứng Vierendeel thể Hình Từ phương trình cân lực mơ-men thu cơng thức xác định lực cắt mô-men tác dụng lên vùng bụng hai lỗ liên tiếp Để đảm bảo khả chịu lực, giá trị lực cắt mô-men tác dụng phải nhỏ sức kháng cắt sức kháng uốn vị trí tương ứng Công thức kiểm tra cụ thể sau: Vwp ,Ed  M wp ,Ed  V t ,Ed VEd s  N c  hs  0.5hc  zt  s t  f  Vwp ,Rd  o w y heff M0  Vc ,Ed  Vb ,Ed  s  Vwp ,Ed eo  N c  zt  hs  0.5hc  s 2t f  M wp ,Rd  o w y M0 (6) (7) đó: Nc lực nén phát triển sàn liên hợp thông qua chốt mũ bố trí trục lỗ liên tiếp (=nsc,sPRd); nsc,s số lượng chốt mũ bố trí trục lỗ liên tiếp; PRd Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 sức kháng cắt chốt mũ; Vc,Ed giá trị thiết kế lực cắt tác dụng lên sàn; Vt,Ed giá trị thiết kế lực cắt tác dụng lên tiết diện chữ T phía Vb,Ed giá trị thiết kế lực cắt tác dụng lên tiết diện chữ T phía Hình Nội lực vùng bụng hai lỗ liên tiếp Hiện tượng ổn định cục xảy truyền lực cắt qua khu vực bụng hai lỗ Tác động lực cắt mô-men gây ứng suất kéo nén đỉnh khu vực bụng hai lỗ Lực nén vùng bụng xác định công thức: N wp ,Ed  Vwp ,Ed  M wp ,Ed  ho   N wp ,Rd  sotw f y  M1 (8) đó:  xác định từ đường cong “b” theo EN 1993-1-1, mục 6.3.1.2 [13] với chiều dài tính tốn lw  0.5 so2  ho2 ;M1 hệ số an toàn riêng phần tính tốn ổn định; 2.6 Trạng thái giới hạn II Tổng độ võng dầm liên hợp khoét lỗ tổng ba thành phần độ võng: độ võng dầm thép giai đoạn thi công, độ võng dầm liên hợp giai đoạn sử dụng độ võng tăng thêm Độ võng tăng thêm kể đến giảm độ cứng vị trí lỗ, ảnh hưởng hiệu ứng Vierendeel, giảm độ cứng tổng thể dầm Độ võng tăng thêm xác định cơng thức:  add  0.47 no  ho h   h L   b (9) đó: add – độ võng tăng thêm; b – độ võng dầm không khoét lỗ; no – số lượng lỗ suốt chiều dài dầm Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 Kiểm tra dầm liên hợp khoét lỗ theo trạng thái giới hạn II hoàn toàn tương tự dầm liên hợp truyền thống, bao gồm khống chế độ võng giai đoạn thi công nhỏ L/360 khống chế độ võng giai đoạn làm việc liên hợp nhỏ L/250 2.7 Điều kiện cấu tạo Khi thiết kế dầm liên hợp khoét lỗ, bên cạnh điều kiện chịu lực, đường kính khoảng cách lỗ cần thỏa mãn số điều kiện cấu tạo như: đường kính tối đa lỗ ho0.8h; chiều cao tối thiểu tiết diện chữ T hTtf+30mm; bề rộng tối thiểu hai lỗ liên tiếp so0.4ho bề rộng tối thiểu từ gối tới lỗ se0.5ho Tối ưu trọng lượng dầm liên hợp khoét lỗ 3.1 Thiết lập toán tối ưu Cũng giống toán tối ưu khác, tiến hành tối ưu trọng lượng dầm liên hợp khoét lỗ cần xác định: biến số, số thiết kế, hàm mục tiêu ràng buộc thiết kế 3.1.1 Biến số số thiết kế Để giảm mức độ phức tạp toán, xem xét ba biến số tiết diện dầm thép cán nóng ban đầu, đường kính khoảng cách lỗ Dựa số hiệu dầm thép cán nóng xác định kích thước tiết diện kích thước cánh, kích thước bụng Chiều cao dầm khoét lỗ xác định từ chiều cao tiết diện dầm thép cán nóng ban đầu, đường kính khoảng cách lỗ theo công thức sau: h  hsb  ho  loss h  h   s  ho  loss  o   o      2   (10) (11) Hình Xác định kích thước dầm khoét lỗ đó: hsb chiều cao dầm thép cán nóng ban đầu Giới hạn biên biến số thiết kế thiết lập Bảng Các đại lượng khác vật liệu, nhịp dầm, bước dầm, tải trọng coi số thiết kế Bảng Giới hạn biến số thiết kế Biến số Dầm thép cán nóng ban đầu Đường kính lỗ Khoảng cách lỗ Giới hạn biên Catalog dầm thép UB 200  900mm 200  900mm Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 3.1.2 Hàm mục tiêu Hàm mục tiêu toán trọng lượng dầm thép khoét lỗ:   h2  W    AL  not w o    (12) đó: W trọng lượng dầm thép khoét lỗ;  dung trọng riêng thép; A diện tích tiết diện nguyên dầm thép khoét lỗ; L nhịp dầm no tổng số lỗ suốt chiều dài dầm 3.1.3 Điều kiện ràng buộc Điều kiện ràng buộc bao gồm đảm bảo khả chịu lực kết cấu (trạng thái giới hạn I), đáp ứng điều kiện sử dụng bình thường (trạng thái giới hạn II) thỏa mãn điều kiện cấu tạo Công thức tương ứng với điều kiện ràng buộc trình bày Mục Khi hai lỗ hai đầu dầm bịt kín thép, việc kiểm tra sức kháng Vierendeel lỗ bỏ qua, tiến hành kiểm tra từ lỗ thứ Tương tự, vùng bụng lỗ lỗ thứ không cần kiểm tra điều kiện chịu lực Ngoài ra, điều kiện cấu tạo bề rộng tối thiểu từ gối tới lỗ se0.5ho đảm bảo Trong trường hợp bịt nửa lỗ đầu dầm, điều kiện cấu tạo bề rộng tối thiểu từ gối tới lỗ se0.5ho coi thỏa mãn điều kiện sức kháng Vierendeel sức kháng vùng bụng hai lỗ phải kiểm tra 3.2 Thuật tốn tiến hóa vi phân Thuật tốn tiến hóa vi phân (Differential Evolution – DE) giới thiệu lần K Price R Storn vào năm 1997 [14] Cũng giống thuật tốn tiến hóa khác, thuật tốn DE sản xuất cá thể để tìm giải pháp tốt Để tạo cá thể mới, thuật toán DE tạo đột biến từ cá thể cũ cách sử dụng véc tơ vi phân Thuật toán DE bao gồm bốn bước sau: (i) Khởi tạo: tạo quần thể ban đầu gồm Np cá thể, cá thể véc tơ D chiều đặc trưng cho D biến toán tối ưu: xij  x Lj  rnd (0,1)   xUj  x Lj  , i  1, Np  , j  1, D  (13) đó: Np số lượng cá thể quần thể; D số lượng biến toán tối ưu; xjL xjU cận cận biến xj; (ii) Đột biến: với cá thể quần thể ban đầu tạo cá thể đột biến tương ứng: Vi  X r1  F   X r  X r  (14) đó: Vi véc tơ đột biến; Xr1, Xr2, Xr3 ba véc tơ lựa chọn quần thể ban đầu; F hệ số điều chỉnh 10 Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 (iii) Lai ghép: cá thể Ui tạo việc trộn lẫn cá thể ban đầu Xi với cá thể đột biến Vi theo nguyên tắc sau: rnd  0,1  Cr (15) v  ij uij    xij ngược lại đó: vij thành phần thứ j véc tơ đột biến Vi; xij thành phần thứ j véc tơ ban đầu Xi; Cr hệ số lai ghép (iv) Lựa chọn: so sánh lựa chọn cá thể tốt cá thể Ui cá thể ban đầu Xi: U X inew   i Xi f U i   f  X i  (16) ngược lại đó: f(Ui) f(Xi) giá trị hàm mục tiêu Quá trình tối ưu lặp lặp lại tới hệ cuối Dựa thuật tốn tối ưu DE, chương trình tối ưu trọng lượng dầm liên hợp có bụng khoét lỗ phát triển Ví dụ số Tối ưu trọng lượng dầm liên hợp khoét lỗ dạng dầm đơn giản hai đầu khớp Các số thiết kế: nhịp dầm L=12000mm; khoảng cách dầm B=3000mm; vật liệu thép S235; sàn liên hợp có chiều dày hs=150mm, chiều cao tơn sóng hp=58mm; cấp độ bền bê tơng sàn liên hợp C25/30; chốt mũ đường kính ds=19mm; chiều cao chốt hsc=100mm; bố trí 01 chốt máng tơn; tải trọng tác dụng: tĩnh tải lớp hồn thiện SDL=1.5kN/m2, hoạt tải sử dụng LL=3.5kN/m2 Sử dụng chương trình vừa phát triển tiến hành tối ưu cho trường hợp: (i) không gia cường lỗ đầu dầm; (ii) bịt kín lỗ hai đầu dầm; (iii) bịt nửa lỗ đầu dầm Kết tối ưu trình bày Bảng Bảng Kết tối ưu Loại dầm Bịt kín hai lỗ đầu dầm Bịt nửa lỗ đầu dầm Không gia cường lỗ Dầm thép cán nóng UB457x152x74 UB457x152x74 UB533x210x82 Đường kính lỗ ho (mm) 570 430 410 Khoảng cách lỗ s (mm) 750 570 790 Chiều cao dầm h (mm) 733 666 606 Trọng lượng dầm W (kg) 856.9 845.6 893.5 Hệ số sử dụng REd/RRd (%) 95% 99% 99% uốn tổng thể cắt vùng bụng hai lỗ uốn tổng thể Điều kiện khống chế thiết kế 11 Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 Hình dáng tối ưu ba trường hợp dầm khoét lỗ thể Hình Hình 10 thể trọng lượng dầm theo hệ suốt trình tối ưu Hình Hình dáng tối ưu dầm thép khoét lỗ Trọng lượng dầm (kg) 960 940 920 Bịt kín hai lỗ đầu dầm 900 880 Không gia cường lỗ 860 Bịt nửa lỗ đầu dầm 840 10 20 30 Thế hệ 40 50 Hình 10 Lịch sử tối ưu trọng lượng dầm khoét lỗ theo hệ Thơng qua ví dụ cụ thể rút số nhận xét sau:  Trong dầm không gia cường lỗ, tỷ lệ khoảng cách lỗ đường kính lỗ 1.93 Tỷ lệ dầm bịt kín lỗ đầu dầm 1.32 bịt nửa lỗ 1.33 Nguyên nhân dầm không gia cường, khoảng cách hai lỗ phải lớn để thỏa mãn điều kiện cấu tạo se0.5ho  Đường kính lỗ dầm không gia cường lỗ 410, dầm bịt nửa lỗ 430 dầm bịt kín lỗ 570 Như thấy đường kính lỗ bị khống chế điều kiện sức kháng Vierendeel lỗ Trong trường hợp bịt kín lỗ, 12 Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 điều kiện sức kháng Vierendeel lỗ bỏ qua nên kết tối ưu cho đường kính lỗ lớn  Trọng lượng dầm bịt nửa lỗ nhỏ nhất, dầm bịt kín hai lỗ đầu dầm Dầm khơng gia cường lỗ có trọng lượng lớn  Dầm bịt kín hai lỗ đầu dầm có đường kính lỗ lớn nên phù hợp sử dụng cơng trình có u cầu lắp đặt đường ống kích thước lớn Trong cơng trình thông thường, sử dụng dầm bịt nửa lỗ hiệu có trọng lượng nhỏ Kết luận Trong phần đầu báo, ứng xử dầm liên hợp có bụng chịu uốn với công thức kiểm tra khả chịu lực tương ứng với dạng phá hoại trình bày Phần thứ hai giới thiệu thuật tốn tiến hóa vi phân áp dụng để giải toán tối ưu trọng lượng dầm liên hợp có bụng khoét lỗ Một ví dụ số thực ba đối tượng dầm không gia cường, dầm gia cường cách bịt nửa lỗ dầm bịt kín hai lỗ đầu dầm Kết tối ưu chứng minh hiệu việc gia cường lỗ đầu dầm Tài liệu tham khảo Erdal F., Dogan E., Saka M.P (2011), “Optimum design of cellular beams using harmony search and particle swarm optimizers”, Journal of Constructional Steel Research 67(2011): 237-247 Kaveh A., Shokohi F (2014), “Cost optimization of castellated beams using charged system search algorithm”, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering 38: 235-249 Kaveh A., Shokohi F (2015), “Cost optimization of end-filled castellated beams using meta-heuristic algorithms”, International Journal of Optimization in Civil Engineering 5(3): 333-354 Nguyen Tran Hieu, Vu Anh Tuan (2018), “Weight optimization of composite cellular beam based on the differential evolution algorithm”, Journal of Science and Technology in Civil Engineering 12(5): 28-38 Lawson R.M (1987), SCI P068 Design of openings in the webs of composite beams, The Steel Construction Institute, Anh Darwin D (1990), AISC Design Guide 02 Steel and Composite Beams with Web Openings, American Institute of Steel Construction, Hoa Kỳ Ward J (1999), SCI P100 Design of composite and non-composite cellular beams, The Steel Construction Institute, Anh Lawson R.M., Hicks S.J (2011), SCI P355 Design of composite beams with large web openings, The Steel Construction Institute, Anh 13 Hội nghị Khoa học Trẻ Trường Đại học Xây dựng năm 2019 Fares S., Coulson J., Dinehart D.W (2016), AISC Design Guide 31 Castellated and Cellular Beam Design, American Institute of Steel Construction, Hoa Kỳ 10 BS EN 1994-1-1 (2004) Eurocode 4: Design of steel and concrete composite structures, part 1.1: General rules and rules for building 11 Lawson R.M., Lim J., Hicks S.J., Simms W.I (2006), “Design of composite asymmetric cellular beams and beams with large web openings”, Journal of Constructional Steel Research 62(6):614-629 12 BS EN 1992-1-1 (2004) Eurocode 2: Design of concrete structures General rules and rules for buildings 13 EN1993-1-1 (2005) Eurocode 3: Design of steel structures, Part 1.1: General rules and rules for building 14 Price K.V., Storn R.M., Lampien J.A (2005), Differential Evolution: A Practical Approach to Global Optimization, Springer, Germany 14 View publication stats