Thiết kế tối ưu dầm thép i tổ hợp trong cầu liên hợp theo tiêu chuẩn tcvn 11823 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HOÀNG VĂN PHÚC THIẾT KẾ TỐI ƯU DẦM THÉP I TỔ HỢP TRONG CẦU LIÊN HỢP THEO TIÊU CHUẨN TCVN 11823:2017 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HOÀNG VĂN PHÚC THIẾT KẾ TỐI ƯU DẦM THÉP I TỔ HỢP TRONG CẦU LIÊN HỢP THEO TIÊU CHUẨN TCVN 11823:2017 Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông Mã số: 858.02.05 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG VIỆT HÙNG TS NGUYỄN PHÚ CƯỜNG HÀ NỘI, NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp Cao học ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp với đề tài “Thiết kế tối ưu dầm thép I tổ hợp cầu liên hợp theo tiêu chuẩn TCVN 11823:2017” Luận văn cá nhân thực hướng dẫn TS Trương Việt Hùng TS Nguyễn Phú Cường Các số liệu, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Tác giả Luận văn Hoàng Văn Phúc i LỜI CẢM ƠN Trong trình thực Luận văn tác giả người hướng dẫn khoa học: TS Trương Việt Hùng TS Nguyễn Phú Cường tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới hai thầy! Tác giả xin trân trọng cảm ơn Thầy cô giáo, cán khoa Cơng trình khoa sau Đại học thuộc Trường đại học Thủy Lợi giúp đỡ dẫn trình học tập nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến Gia đình động viên tạo điều kiện tốt để tác giả học tập nghiên cứu Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường đồng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ tác giả hoàn thành Luận văn Do thời gian thực Luận văn khơng nhiều trình độ tác giả có hạn, cố gắng Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp Thầy giáo, bạn đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỐI ƯU TỔNG QUAN VỀ CẦU DẦM THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 10 1.3 Tổng quan cầu dầm thép 11 1.3.1 Giới thiệu chung cầu dầm thép 11 1.3.2 Ưu khuyết điểm cầu dầm thép 13 1.3.3 Các sơ đồ cầu dầm thép 14 1.4 Cơ sở thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 11823:2017 16 1.4.1 Quan điểm chung thiết kế 16 1.4.2 Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng sức kháng 17 1.4.3 Hệ số tải trọng trạng thái giới hạn 17 1.5 Tổng quan toán tối ưu thiết kế cơng trình 23 1.5.1 Giới thiệu chung 23 1.5.2 Phân loại dạng toán tối ưu kết cấu 26 1.5.3 Các phương pháp giải tốn tối ưu hóa kết cấu 29 1.5.4 Tổng quan thuật tốn mê-ta hơ-rít-tíc 35 CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU DẦM THÉP I TỔ HỢP TRONG KẾT CẤU DẦM THÉP LIÊN HỢP THEO TCVN 11823:2017 38 2.1 Thiết kế dầm thép chữ I theo tiêu chuẩn TCVN 11823:2017 38 2.1.1 Các loại mặt căt chữ I chịu uốn 38 2.1.2 Cấu tạo dầm thép 38 2.1.3 Mô men chảy mô men dẻo 39 2.1.4 Mất ổn định dầm thép liên hợp chịu uốn 46 iii 2.2 Kiểm toán tiết diện dầm theo TCVN 11823:2017 50 2.2.1 Kiểm tra giới hạn kích thước mặt cắt ngang 50 2.2.2 Trạng thái giới hạn cường độ 51 2.2.3 Trạng thái giới hạn sử dụng 56 2.2.4 Trạng thái giới hạn mỏi 58 2.3 Phương pháp kinh nghiệm thiết kế dầm I tổ hợp 61 2.3.1 Lựa chọn kích thước dầm I tổ hợp 61 2.3.2 Sơ đồ toán thiết kế dầm I liên hợp 61 2.4 Thành lập toán tối ưu dầm thép I tổ hợp kết cầu dầm thép liên hợp 63 2.4.1 Hàm mục tiêu 63 2.4.2 Các điều kiện ràng buộc 64 2.4.3 Phương pháp hàm phạt 68 2.5 Tối ưu dầm thép I tổ hợp thuật tốn tiến hóa vi phân 69 2.5.1 Thuật tốn tiến hóa vi phân 69 2.5.2 Tối ưu dầm thép I tổ hợp thuật tốn tiến hóa vi phân 71 CHƯƠNG THIẾT KẾ TỐI ƯU MỘT SỐ DẦM I TỔ HỢP 73 3.1 Thiết kế dầm I liên hợp nhịp giản đơn dài 33m 73 3.2 Thiết kế dầm I liên hợp nhịp giản đơn dài 50m 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cầu dầm 13 Hình 1.2 Cầu dầm đơn giản 14 Hình 1.3 Cầu dầm liên tục .14 Hình 1.4 Cầu dầm mút thừa 15 Hình 1.5 Minh họa thuật tốn tối ưu dựa gradient (Vanderplaats, 2007) 30 Hình 2.1 Ứng xử dầm I chịu uốn túy 40 Hình 2.2 Quan hệ mô men uốn độ cong dầm I 41 Hình 2.3 Phân loại tiết diện dựa theo sức kháng 42 Hình 2.4 Phân loại trường hợp trục trung hòa dẻo 44 Hình 2.5 Mất ổn định tổng thể dầm thép 47 Hình 2.6 Mất ổn định cục cánh chịu nén 48 Hình 2.7 Mất ổn định cục thẳng đứng bụng dầm 49 Hình 2.8 Mất ổn định cục uốn bụng dầm .49 Hình 3.1 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu 33m 74 Hình 3.2 Tiết diện dầm thép kết cấu nhịp cầu 33m .74 Hình 3.3 Đường cong hội tụ trình tối ưu dầm thép 33m 80 Hình 3.4 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu 50m 81 Hình 3.5 Tiết diện dầm thép kết cấu nhịp cầu 50m .81 Hình 3.6 Đường cong hội tụ trình tối ưu dầm thép 50m 84 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổ hợp tải trọng hệ số tải trọng 21 Bảng 1.2 Hệ số tải trọng cho tải trọng thường xuyên, p .22 Bảng 1.3 Hệ số tải trọng cho tải trọng thường xuyên tích lũy biến dạng, P 23 Bảng 3.1 Tải trọng tĩnh tiêu chuẩn dầm 33m 75 Bảng 3.2 So sánh tính tốn tải trọng tiêu chuẩn chương trình tính thủ cơng dầm 33m 75 Bảng 3.3 So sánh mô-men uốn lực cắt tiêu chuẩn tải trọng thân dầm gây chương trình tính thủ cơng dầm 33m 76 Bảng 3.4 So sánh mô-men uốn lực cắt tiêu chuẩn xe trục gây chương trình tính thủ cơng dầm 33m .76 Bảng 3.5 So sánh mô-men uốn lực cắt tiêu chuẩn tải trọng gây chương trình tính thủ công dầm 33m 77 Bảng 3.6 So sánh xác định Mp tiết diện liên hợp chương trình tính thủ công (Đơn vị: KN, m) .78 Bảng 3.7 So sánh xác định đặc trưng hình học tiết diện liên hợp chương trình tính thủ công (Đơn vị: mm) .79 Bảng 3.8 Kết tối ưu dầm 33m 80 Bảng 3.9 Tải trọng tĩnh tiêu chuẩn dầm 50m 82 Bảng 3.10 So sánh tính tốn nội lực đặc trưng hình học chương trình thủ công dầm 50m (Đơn vị: KN, m) .83 Bảng 3.11 Kết tối ưu dầm 50m .84 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BFGS BTCT DƯL LRFD MMFD PSO SLP SQP SUMT TCVN Phương pháp Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno Bê tông cốt thép Dự ứng lực Hệ số tải trọng hệ số sức kháng Thuật toán Phương pháp sửa đổi theo hướng khả thi Particle Swarm Optimization Lập trình tuyến tính Thuật tốn Lập trình bậc hai Sequential Unconstrained Minimization Techniques Tiêu chuẩn Việt Nam vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thiết kế Cầu dầm thép tổ hợp liên hợp mặt cầu bê tông cốt thép loại cầu sử dụng rộng rãi cho cầu nhịp trung tính chất vượt trội vật liệu thép khả chịu nén, chịu kéo độ cứng Cường độ chịu kéo nén thép gấp mười lần mô đun đàn hồi thép gấp sáu lần so với bê tông Việc liên hợp dầm thép với mặt cầu BTCT tạo thành tiết diện liên hợp cho phép nâng cao khả chịu tải dầm, đồng thời đảm bảo ổn định cục cánh chịu nén dầm Nhờ đặc điểm này, sử dụng phương án dầm thép liên hợp với mặt cầu BTCT cho phép giảm đáng kể kích thước tiết diện, qua giảm tải trọng thân dầm Các phương pháp thiết kế dầm thép tổ hợp sử dụng phổ biến lựa chọn kích thước dầm theo kinh nghiệm người thiết kế gợi ý từ tài liệu tham khảo Từ kích thước chọn trước này, tải trọng thân dầm thép sau tồn nội lực tính tốn Sau đó, phương án thiết kế kiểm tốn xem “đạt” hay “khơng đạt” Khái niệm đạt xét khía cạnh, đảm bảo an toàn mặt chịu lực biến dạng, chuyển vị theo quy định tiêu chuẩn; hai dư thừa sức kháng uốn sức kháng cắt không nhiều (thường chọn 15%) Nếu thiết kế không đạt, việc lựa chọn kích thước dầm thép phải thực lại tính tốn lại từ đầu Chính đặc điểm mà phương pháp thiết kế dầm thép truyền thống dựa kinh nghiệm thường không đem lại hiệu cao mặt kinh tế kỹ thuật tốn nhiều công sức kỹ sư thiết kế Trong thời gian gần đây, tối ưu hóa thu hút sư quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực từ quy hoạch, kinh tế, công nghệ thông tin đến thiết kế cơng trình xây dựng Phương pháp tiếp cận đem lại hiệu vượt trội mặt tài chính, kỹ thuật, thời gian, v.v so với phương pháp thiết kế truyền thống đảm bảo đầy đủ yêu cầu thiết kế đặt Trong phương pháp tối ưu hóa, thuật tốn meta hơ-rít-tíc (metaheuristics) Bảng 3.3 So sánh mơ-men uốn lực cắt tiêu chuẩn tải trọng thân dầm gây chương trình tính thủ công dầm 33m TT Tiết diện Mô-men (KNm) MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 Thủ công 0.0 164.85 282.60 353.25 378.80 Lực cắt (KN) Chương trình 0.0 164.85 282.60 353.25 378.80 Chênh lệch 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thủ công 47.10 35.33 23.55 11.78 0.0 Chương trình 47.10 35.33 23.55 11.78 0.0 Chênh lệch 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Bảng 3.3 so sánh giá trị mô-men uốn lực cắt tiêu chuẩn tiết diện tải trọng thân dầm gây tính thủ cơng chương trình Các trường hợp tĩnh tải khác hồn tồn tương tự nên khơng trình bày Bảng 3.4 So sánh mơ-men uốn lực cắt tiêu chuẩn xe trục gây chương trình tính thủ cơng dầm 33m TT Tiết diện Mô-men (KNm) MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 Thủ công 0.0 1021.94 1718.87 2090.81 2213.00 Chương trình 0.0 1021.94 1718.87 2090.81 2213.00 Lực cắt (KN) Chênh lệch 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 76 Thủ cơng Chương trình 296.11 296.11 255.48 255.48 214.86 214.86 174.23 174.23 133.61 133.61 Chênh lệch 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Bảng 3.5 So sánh mô-men uốn lực cắt tiêu chuẩn tải trọng gây chương trình tính thủ cơng dầm 33m TT Tiết diện Mô-men (KNm) MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 Thủ công 0.0 520.80 892.80 1116.00 1190.40 Chương trình 0.0 520.80 892.80 1116.00 1190.40 Lực cắt (KN) Chênh lệch 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thủ cơng Chương trình 148.80 148.80 113.93 113.93 83.70 83.70 58.13 58.13 37.20 37.20 Chênh lệch 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Bảng 3.4 Bảng 3.5 so sánh giá trị mô-men uốn lực cắt tiêu chuẩn xe trục tải trọng gây tiết diện tính thủ cơng chương trình Bảng 3.2, Bảng 3.3, Bảng 3.4 Bảng 3.5 cho thấy kết tính thủ cơng chương trình hồn tồn trùng khớp Như vậy, việc tính tốn nội lực chương trình hồn tồn xác Tiếp theo, tính xác tính tốn xây dựng chương trình tối ưu kiểm tra việc xem xét việc tính tốn mơ men chảy mơ-men dẻo tiết diện liên hợp Các kích thước tiết diện Hình 3.2 Tuy nhiên, tính tốn mơmen dẻo Mp, vị trí trục trung hịa dẻo có nhiều trường hợp xảy nên chiều dày bụng thay đổi nhằm xét đến trường hợp 77 Bảng 3.6 So sánh xác định Mp tiết diện liên hợp chương trình tính thủ cơng (Đơn vị: KN, m) Nội dung Lực dẻo BMC Lực dẻo cánh chịu nén Lực dẻo cánh chịu kéo Lực dẻo bụng Vị trí TTHD K/cách TTHD đến mép vùng qua Mơmen dẻo tw = 18 (mm) Thủ Chương cơng trình Chênh lệch tw = 12 (mm) Thủ Chương cơng trình Chênh lệch tw = 24 (mm) Thủ Chương cơng trình Chênh lệch 14169.84 14169.84 0.0 14169.84 14169.84 0.0 14169.84 14169.84 0.0 2587.50 2587.50 0.0 2587.5 2587.5 0.0 2587.50 2587.50 0.0 4140.00 4140.00 0.0 4140.0 4140.0 0.0 4140.00 4140.00 0.0 9315.00 9315.00 0.0 6210.0 6210.0 0.0 14490.0 14490.0 0.0 Qua cánh Qua mặt cầu Qua bụng 0.00907 0.01 0.0 0.2206 0.2206 0.0 0.0969 0.0969 0.0 16724.63 16724.63 0.0 14192.51 14192.51 0.0 20541.46 20541.46 0.0 78 Bảng 3.6 so sánh việc tính Mp chương trình thủ cơng tương ứng cho nhiều trường hợp vị trí trục trung hịa dẻo khác Bảng 3.7 so sánh việc xác định đặc trưng hình học tiết diện dầm thép, tiết diện liên hợp dài hạn tiết diện liên hợp ngắn hạn Tương tự kết so sánh bên trên, việc tính tốn chương trình cho kết giống hệt thực tính tốn thủ cơng Bảng 3.7 So sánh xác định đặc trưng hình học tiết diện liên hợp chương trình tính thủ cơng (Đơn vị: mm) Nội dung Diện tích K/c TTH đến mép dầm thép K/c TTH đến mép dầm thép Mơmen qn tính Tiết diện dầm thép Thủ cơng Chương trình Chênh lệch Liên hợp dài hạn Thủ cơng Chương trình 37500 Chênh lệch Liên hợp ngắn hạn Thủ cơng Chương trình Chênh lệch 37500 0.0 60653 60653 0.0 106960 106960 0.0 687.70 687.70 0.0 1102.45 1102.45 0.0 1393.27 1393.27 0.0 867.30 867.30 0.0 452.55 452.55 0.0 161.73 161.73 0.0 1.44E+10 1.44E+10 0.0 3.15E+10 3.15E+10 0.0 4.35E+10 4.35E+10 0.0 Trong phần tiếp theo, thiết kế tối ưu dầm thép 33m sử dụng thuật tốn tiến hóa vi phân nghiên cứu Các thông số hệ thống DE chọn sau: Số cá thể quần thể: DEpop = 25, số vịng tiến hóa: MaxItr = 500, biên độ đột biến F = 0,7, hệ số lai tạo CR = 0,6 Để giảm thiểu ảnh hưởng tính chất ngẫu nhiên thuật tốn tối ưu đến kết quả, thuật toán chạy độc lập 20 lần Kết trình bày Bảng 3.8 Kết tối ưu cho thấy khối lượng dầm thiết kế tối ưu tốt tìm 5399 (kg) 5410,7 (kg) Trong đó, thiết kế theo kinh nghiệm cho Hình 3.2 khối lượng dầm 9714,375 (kg) Như kết 79 tối ưu tiết kiệm đến 44% so với thiết kế kinh nghiệm Bên cạnh đó, Hình 3.3 thể q trình tối ưu chương trình tương ứng với lần chạy đạt kết tối ưu tốt nhất, trung bình tất lần chạy tối ưu Bảng 3.8 Kết tối ưu dầm 33m Nội dung Khối lượng dầm tối ưu tốt (kg) Khối lượng dầm tối ưu (kg) Khối lượng trung bình kết tối ưu (kg) Độ lệch chuẩn khối lượng kết tối ưu (kg) Kết tối ưu Thiết kế theo kinh Tỷ lệ (%) nghiệm (Hình 3.2) 5399,00 9714,375 55,58 5410,70 9714,375 55,70 5405,61 9714,375 55,65 4,07 Kích thước tiết diện thiết kế (mm) 228,64; 10,047; 240,60; 25,173; 9,1245; 1368,60 300; 25; 400; 30; 12; 1500 Đánh giá vi phạm điều kiện ràng buộc Không vi phạm Khơng vi phạm Hình 3.3 Đường cong hội tụ trình tối ưu dầm thép 33m 80 3.2 Thiết kế dầm I liên hợp nhịp giản đơn dài 50m Ví dụ thứ hai xem xét dầm I liên hợp nhịp giản đơn dài 50m với sơ đồ cầu thể Hình 3.4 Hình 3.4 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu 50m Hình 3.5 Tiết diện dầm thép kết cấu nhịp cầu 50m Dầm lựa chọn để thiết kế dầm biên Chiều dày mặt cầu 220 (mm), chiều dày kết cấu áo đường 75 (mm) Chiều dài nhịp tính tốn dầm 49 (m) Bản bê tông 81 quy đổi tiết diện liên hợp có bề rộng be  2000 chiều dày ts  245, (mm) Vật liệu bê tơng có fc '  30 (MPa) thép có Fy  345 (MPa) Hệ số quy đổi n = Theo thiết kế kinh nghiệm trình bày chương 2, tiết diện dầm thép lựa chọn Hình 3.5 Các biến thiết kế tối ưu biến kích thước tiết diện dầm ví dụ với khoảng giá trị lấy hoàn toàn tương tự Hệ số phân phối tải trọng cho mô men lực cắt dầm biên tương ứng 0,60 0,60 Một số tải trọng tĩnh tải tính tốn Bảng 3.9 Bảng 3.9 Tải trọng tĩnh tiêu chuẩn dầm 50m TT Tên tải trọng Bản mặt cầu + vút Dầm ngang + sườn tăng cường Neo liên kết + mối nối Lan can Lớp phủ mặt đường Giá trị (N/mm) 11,77 0,94 0,2 8,4 3,375 Tương tự ví dụ trước, việc tính tốn giá trị đặc trưng hình học nội lực dầm tương ứng với tiết diện dầm cho Hình 3.5 chương trình kiểm tra thơng qua so sánh kết với q trình tính tốn thủ cơng Một số thơng số so sánh thể Bảng 3.10 Kết cho thấy khơng có sai khác tính tốn chương trình thủ cơng Như vậy, chương trình tính tốn nội lực đặc trưng hình học dầm hồn tồn xác 82 Bảng 3.10 So sánh tính tốn nội lực đặc trưng hình học chương trình thủ cơng dầm 50m (Đơn vị: KN, m) TT 10 Nội dung Mơ-men qn tính tiết diện dầm thép Mơ-men qn tính tiết diện liên hợp dài hạn Mơ-men qn tính tiết diện liên hợp ngắn hạn Mô-men chảy Mô-men dẻo Mô-men tiết diện nhịp trạng thái CĐ Lực cắt gối trạng thái CĐ Mô-men tiết diện nhịp trạng thái SD Lực cắt gối trạng thái SD Mô-men tính mỏi tiết diện nhịp trạng thái mỏi Thủ cơng Chương trình Chênh lệch 3.455E-02 3.455E-02 0.0 6.294E-02 6.294E-02 0.0 8.806E-02 8.806E-02 0.0 14896.15 23454.95 14896.15 23454.95 0.0 0.0 18073.65 18073.65 0.0 1492.28 1492.28 0.0 14563.04 14563.04 0.0 1202.02 1202.02 0.0 1403.07 1403.07 0.0 Tiếp theo, thiết kế tối ưu dầm thép 50m sử dụng thuật tốn tiến hóa vi phân nghiên cứu Các thông số hệ thống DE chọn tương tự ví dụ thứ sau: Số cá thể quần thể: DEpop = 25, số vòng tiến hóa: MaxItr = 500, biên độ đột biến F = 0,7, hệ số lai tạo CR = 0,6 Thuật toán chạy độc lập 20 lần Kết trình bày Bảng 3.11 Kết tối ưu cho thấy khối lượng dầm thiết kế tối ưu tốt tìm 15826 (kg) 15829 (kg) Điều cho thấy độ chênh lệch kết tối ưu tìm ít, hay kết tìm hội tụ Trong đó, thiết kế theo kinh nghiệm cho Hình 3.5 khối lượng dầm 20802,5 (kg) Như kết tối ưu tiết kiệm khoảng 24% so với thiết kế kinh nghiệm Bên cạnh đó, Hình 3.6 thể trình tối ưu chương trình tương ứng với lần chạy đạt kết tối ưu tốt nhất, trung bình tất lần chạy tối ưu 83 Bảng 3.11 Kết tối ưu dầm 50m Nội dung Kết tối ưu Khối lượng dầm tối ưu tốt (kg) Khối lượng dầm tối ưu (kg) Khối lượng trung bình kết tối ưu (kg) Độ lệch chuẩn khối lượng kết tối ưu (kg) 15826,00 Kích thước tiết diện thiết kế (mm) 332,64; 14,632; 334,12; 26,686; 13,301; 1995,10 Đánh giá vi phạm điều kiện ràng buộc Không vi phạm 15829,00 15826,80 Thiết kế theo kinh nghiệm (Hình 3.5) Tỷ lệ (%) 20802,5 76,077 20802,5 76,092 20802,5 76,081 1,17 400; 25; 500; 30; 14; 2000 Không vi phạm Hình 3.6 Đường cong hội tụ trình tối ưu dầm thép 50m 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt được: Một số kết đạt từ luận văn sau:  Xây dựng thành cơng tốn tối ưu khối lượng dầm thép cầu dầm thép liên hợp chữ I nhip giản đơn theo tiêu chuẩn TCVN 11823:2017  Xây dựng thành cơng phương pháp giải tốn tối ưu đặt cách sử dụng thuật tốn tiến hóa vi phân (DE)  Kết nghiên cứu cho thấy, áp dụng thuật tốn tối ưu cho phép tìm thiết kế dầm thép có khối lượng 50%-70% so với thiết kế theo kinh nghiệm Bên cạnh đó, việc áp dụng tốn tối ưu thời gian tính tốn khoảng 15 giây cho lần chạy tối ưu nên thời gian tính tốn khơng đáng kể  Mơ hình tối ưu dầm thép tiết diện dầm I liên hợp xây dựng nghiên cứu sử dụng hỗ trợ cho công tác thiết kế thực tế kỹ sư cơng trình cầu Hạn chế  Dầm thép tối ưu giới hạn dầm thép liên hợp, nhịp giản đơn có tiết diện khơng thay đổi toàn dầm  Biến thiết kế tối ưu biến liên tục nên kết tối ưu tìm chưa thực tế với điều kiện sản xuất  Chưa xét đầy đủ dạng tải trọng khác ảnh hưởng đến thiết kế dầm thép như: tải trọng gió, nhiệt độ, động đất, v.v Hướng nghiên cứu  Nghiên cứu mở rộng hướng tối ưu cho dầm thép có tiết diện thay đổi, tiết diện dầm không liên hợp, nhịp cầu liên tục, v.v  Biến thiết kế tối ưu biến rời rạc để đảm bảo tính khả thi công tác sản xuất  Xét thêm nhiều dạng tải trọng khác tác dụng lên cơng trình như: tải trọng gió, nhiệt độ, động đất, v.v 85 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Trương Việt Hùng, Hà Mạnh Hùng, Đinh Văn Thuật, Hoàng Văn Phúc, (2021) “Thiết kế tối ưu dầm thép tổ hợp chữ I kết cấu cầu liên hợp nhịp đơn giản theo TCVN 11823:2017”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 15 (3V): 55–68 https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(3V)-05 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V H Truong and S E Kim, "An efficient method for reliability-based design optimization of nonlinear inelastic steel space frames," Struct Multidisc Optim, vol 56, pp 331-351, 2017 [2] H M Ha, Q A Vu and V H Truong, "Optimum Design of Stay Cables of Steel Cable-stayed Bridges Using Nonlinear Inelastic Analysis and Genetic Algorithm," Structures, vol 16, pp 288-302, 2018 [3] V H Truong, P C Nguyen and S E Kim, "An efficient method for optimizing space steel frames with semi-rigid joints using practical advanced analysis and the micro-genetic algorithm," Journal of Constructional Steel Research, vol 128, pp 416-427, 2017 [4] V H Truong and S E Kim, "Reliability-based design optimization of nonlinear inelastic trusses using improved differential evolution algorithm," Advances in Engineering Software, vol 121, pp 59-74, 2018 [5] B GTVT, 22TCN 18:1979: Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn, Hà Nội: Bộ GTVT, 1979 [6] B GTVT, 22TCN272-05: Tiêu chuẩn thiết kế cầu, Hà Nội: Bộ GTVT, 2005 [7] B KHCN, TCVN 11823:2017: Thiết kế cầu đường bộ, Hà Nội: Bộ KHCN, 2017 [8] L Mai and H L Lê, Cầu bê tông cốt thép (thiết kế theo TCVN 11823:2017), Hà Nội: NXB GTVT, 2019 [9] D T Nguyễn, V M Ngô, A T Đỗ and X N Hồ, Phương pháp đại phân tích kết cấu cầu, Hà Nội: NXB GTVT, 2019 [10] V N Nguyễn and cs., Cầu thép theo TCVN 11823:2017, Hà Nội: NXB Xây Dựng, 2019 [11] Q B Trịnh and H D Nguyễn, Hướng dẫn thiết kế cầu dầm thép chữ I liên hợp Bê tông Cốt thép liên tục hai nhịp theo tiêu chuẩn thiết kế cầu đường TCVN 11823-2017, Hà Nội: NXB Xây Dựng, 2019 [12] W Long, M S Troitsky and Z A Zielinski, "Optimum design of cable-stayed bridges," Structural Engineering and Mechanics, vol 7, no 3, pp 241-255, 1999 [13] A Kaveh and M S Massoudi, "Cost optimization of a composite floor system using ant colony system," International journal of Optimization in Civil Engineering, vol 36, no 2, pp 139-148, 2012 [14] G Poitras, G Lefrancois and G Cormier, "Optimization of steel floor systems using particle swarm optimization," Journal of Constructional Steel Research, vol 67, no 8, pp 1225-1231, 2021 87 [15] S Hendawi and D M Frangopol, "Design of composite hybrid plate girder bridges based on reliability and optimization," Structural Safety, vol 15, no 1-2, pp 149-165, 1994 [16] Y Luo, A Li and Z Kang, "Reliability-based design optimization of adhesive bonded steel–concrete composite beams with probabilistic and non-probabilistic uncertainties," Engineering Structures, vol 33, no 7, pp 2110-2119, 2011 [17] A Kaveh, M Maniat and M A Naeini, "Cost optimum design of post-tensioned concrete bridges using a modified colliding bodies optimization algorithm," Advances in Engineering Software, vol 98, pp 12-22, 2016 [18] R L Pedro, J Demarche, L F Miguel and R H Lopez, "An efficient approach for the optimization of simply supported steel-concrete composite I-girder bridges," Advances in Engineering Software, vol 112, pp 31-45, 2017 [19] A B Senouci and M S Al-Ansari, "Cost optimization of composite beams using genetic algorithms," Advances in Engineering Software, vol 40, no 11, pp 11121118, 2009 [20] V Khatri, P K Singh and P R Maiti, "Comparative study of economical design aspect of steel-concrete composite bridge with MS, HPS and hybrid steel," International Journal of Engineering Research and Development, vol 4, no 6, pp 62-68, 2012 [21] S Kravanja, T Zula and U Klansek, "Multi-parametric MINLP optimization study of a composite I beam floor system," Engineering Structures, vol 130, pp 316-335, 2017 [22] M De Munck, S De Sutter, S Verbruggen, T Tysmans and R F Coelho, "Multi-objective weight and cost optimization of hybrid composite-concrete beams," Composite Structures, vol 134, pp 369-377, 2015 [23] T Garcia-Segura and V Yepes, "Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety," Engineering Structures, vol 125, pp 325-336, 2016 [24] D Su, H Nassif and Y Xia, "Optimization of deck construction staging for multiple-span continuous steel girder bridge," Journal of Performance of Constructed Facilities, vol 32, no 1, pp 1-11, 2018 [25] F W Glover and G A Kochenberger, Handbook of Metaheuristics, Boston, MA, USA: Springer, 2003 [26] L A Le, B T Bui-Vinh and T Nguyen-Thoi, "An efficient coupled numerical method for reliability-based design optimization of steel frames," Journal of Constructional Steel Research, vol 138, pp 389-400, 2017 [27] V Ho-Huu, T Nguyen-Thoi, L Le-Anh and T Nguyen-Trang, "An effective reliability-based improved constrained differential evolution for reliability-based 88 design optimization of truss structures," Advances in Engineering Software, vol 92, pp 48-56, 2016 [28] M T Tran, H A Pham, V Nguyen and A T Trinh, "Optimisation of stiffeners for maximum fundamental frequency of cross-ply laminated cylindrical panels using social group optimisation and smeared stiffener method," Thin-Walled Structures, vol 120, pp 172-179, 2017 [29] H A Pham, "Truss optimization with frequency constraints using enhanced differential evolution based on adaptive directional mutation and nearest neighbor comparison," Advances in Engineering Software, vol 102, pp 142-155, 2016 [30] V H Truong, Q V Vu, H T Thai and M H Ha, "A robust method for safety evaluation of steel trusses using Gradient Tree Boosting algorithm," Advances in Engineering Software, vol 147, p 102825, 2020 [31] H M Ha, Q V Vu and V H Truong, "Optimization of nonlinear inelastic steel frames considering panel zones," Advances in Engineering Software, vol 102771, p 142, 2020 [32] S E Kim, Q V Vu, G Papazafeiropoulos, Z Kong and V H Truong, "Comparison of machine learning algorithms for regression and classification of ultimate load-carrying capacity of steel frames," Steel and Composite Structures, vol 37, no 2, pp 193-209, 2020 [33] R T Haftka and Z Gurdal, Elements of Structural Optimization (3rd edn), Kluwer Academic Publishers, 1993 [34] J S Arora, Introduction to Optimum Design (2nd edn), Elsevier Academic Press, 2004 [35] J A Snyman, Practical Mathematical Optimization, Springer, 2005 [36] G N Vanderplaats, Multidiscipline Design Optimization, Colorado Springs, Vanderplaats Research and Development, Inc., 2007 [37] J H Holland, Adaptation in Natural and Artificial Systems, University of Michigan Press, 1975 [38] J Kennedy and R C Eberhart, "Particle swarm optimization," in In Proceedings of the 1995 IEEE International Conference on Neural Networks, Perth, Australia, 1995 [39] R Storn and K Price, "Differential evolution – A simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces," Journal of Global Optimization, vol 11, no 4, pp 341-359, 1997 [40] I H Osman, Focused issue on applied meta-heuristics, Springer, 2003 [41] M Gendreau and J Y Potvin, "Metaheuristics in combinatorial optimization," Annals of Operations Research, vol 140, no 1, pp 189-213, 2005 89 [42] I Fister Jr and e al., "A brief review of nature-inspired algorithms for optimization," Elektrotehniski Vestnik, vol 80, no 3, pp 1-7, 2013 90