Thiết kế tối ưu tường chắn trọng lực

Thiết kế tối ưu tường chắn trọng lực

Phần i Thiết kế tối u tờng chắn trọng lực

i/ Đặt vấn đề

Khi xây dựng công trình giao thông với những đoạn tuyến qua vùng đất không

ổn định, hoặc để hạn chế việc giải phóng mặt bằng thì giải pháp thiết kế tờng chắn

đợc đa ra nhằm đảm bảo ổn định nền và các công trình

Với những điều kiện thông thờng hay áp dụng tờng chắn hay trọng lực do tính

dễ thi công, hiệu quả kinh tế cao, tính toán không phức tạp, vật liệu sử dụng có thể ding đá hộc xây hoặc BTXM là các vật liệu sẵn có

Trong các công trình giao thông tờng chắn đợc thiết kế có thể chịu tác dụng của hoạt tải( tải trọng tập trung hoặc phân bố), của áp lực đất sau lng tờng Trong phạm vi bài tập thiết kế tối u không xét đến tác dụng của hoạt tải lên tờng chắn Mục tiêu của bài toán là xác định các kích thớc hình học đặc trng của tờng chắn

để đảm bảo yêu cầu khi khai thác : Các điều kiện ổn định của tờng chắn

Từ các kích thớc tối u này ta sẽ có chi phí thấp cho 1m dài xây dựng tờng chắn trọng lực

ii Xác định hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc:

1 Các kích thớc hình học và các công thức tính toán áp lực đất

- Kích thớc hình học điển hình của tờng chắn

- Công thức tính áp lực đất chủ động

a H h a

2

)

1

+

=

γ: Trọng lợng riêng đất đắp sau tờng chắn

λa: Hệ số áp lực đất chủ động đợc tính theo công thức sau:

2 2

2

) cos(

)

cos(

) sin(

)

sin(

1 )

cos(

cos

) (

cos













−

−

−

− +

−

−

=

β α δ

α

β ϕ α

ϕ β

α α

α ϕ

λa

C: lực dính đất đắp sau tờng chắn

ϕ: Góc nội ma sát

δ; Góc ngoại ma sát =11-350 phụ thuộc kết cấu tờng chắn và đất đắp

β: Góc nghiêng của mái đất so với phơng ngang

P

N

bx

b

θ

a

2

G G

P az Pa

b

α: Góc tạo bởi lng tờng chắn với phơng thẳng đứng

θ : Góc nghiêng của thân tờng chắn với phơng thẳng đứng

- Công thức tính áp lực đất bị động

b h h b

2

)

4

2 +

=

λb: Hệ số áp lực đất bị động đợc tính theo công thức sau:

2 Các điều kiện kiểm tra chống trợt của tờng chắn

Hệ số ổn định chống trợt yêu cầu: Kty/c=1.3

Tính trọng lợng của tờng bằng cách chia mặt cắt ngang tờng chắn thành từng mảnh: G1, G2, G3, G4

Tổng cộng trọng lợng cho 1m dài tờng chắn là : G

+ Tính áp lực dới đáy móng s do trọng lợng tờng chắn gây ra:

+ ứng suất tiếp dới đáy móng tớng chắn:

t=C+s.tgϕ

+ Tổng lực giữ của tờng chắn

Fgiữ = (G + Paz).f + t.B + Pbx

+ Tổng lực đẩy của đất và hoạt tải ( nếu có) lên tờng chắn

Fđẩy = Pax

+ Hệ số ổn định chống trợt:

Kt= Fgiữ/ Fđẩy

3 Kiểm tra ổn định chống lật của tờng chắn

Hệ số chống lật theo yêu cầu Kly/c=1.3

+ Tính mô men chống lật quanh điểm O ở mép đáy móng: Mcl ( hình vẽ)

+ Tính mô men gây lật quanh điểm O ở mép đáy móng:

2 2

2

) cos(

)

cos(

) sin(

)

sin(

1 )

cos(

cos

) (

cos













− +

+ +

−

−

+

=

β α δ

α

β ϕ α

ϕ β

α α

α ϕ

λb

M1= Pax(h3+h2)/2

+ Hệ số ổn định chống trợt:

Kl= M cl /M l

4 Kiểm tra ứng suất dới đáy móng

Điều kiện e < B/6

Trong đó;

e : độ lệch tâm (m)

B : chiều rộng đáy móng (m)

từ phơng trình cân bằng mô men:

N.e=Pax(h3+h2)- Pbx(h2+h4)/2-(Paz(H+h2)tgθ)/3

Ta tính đợc e và kiểm tra điều kiện trên

- Khi thi công tờng chắn ta cần thực hiện các công việc: Đào móng đến độ sâu chôn móng, xây dựng thân tờng và bệ móng Chi phí cho 1m dài tờng chắn gồm chi phí đào móng, chi phí vật liệu, nhân công.

+ Chiều rộng đỉnh tờng trên B0 lấy theo kinh nghiệm và quy định

+ Chiều cao bệ tờng là h2và h1 đợc lấy cố định theo kinh nghiệm

+ Chiều rộng đáy thân tờng là A=b2+b3 lấy cố định theo kinh nghiệm

+ Chiều cao đất đắp trên bệ móng là h4 lấy cố định theo kinh nghiệm và quy

định

+ Chiều cao tờng chắn là H

+ Chiều rộng bệ tờng là B

- Các tham số trên(H,B) bị ràng buộc bởi các điều kiện sau:

+ Các giá trị max, min của từng tham số( lấy theo kinh nghiệm)

+ Đảm bảo các yêu cầu theo mục 2,3,4

- Dạng của hàm mục tiêu:

CP 1md = CP 1md bệ móng + CP 1md thân tờng + CP đào đất móng là min

iii Hớng giải bài toán

Đây là bài toán nhiều cực trị với nhiều biến, vì vậy phải tìm tối u toàn miền theo các điều kiện ràng buộc cho toàn miền biến thiên của các gía trị kích thớc hình học của tờng chắn Trớc hết ta phải tìm ra điểm tối u cục bộ bằng các thử nghiệm

độc lập, liên tục với mức độ thay đổi của các giá trị kích thớc tạo nên tờng chắn là thô

Ta sẽ chia toàn bộ miền giá trị của các giá trị kích thớc tạo nên tờng chắn, sau

đó tiến hành xét các ô đó theo nhiều giai đoạn, với nguyên tắc tìm kiếm trong giai

đoạn sau bám xung quanh kết quả của giai đoạn trớc Quá trình đó có thể diễn giải

nh sau:

− Trong miền giá trị của H ta chọn mức thay của chúng khá lớn để phát hiện khu vực mà hàm mục tiêu CP có thể đạt Min

− Sau khi tìm đợc vùng trên, ta tiến hành thu hẹp phạm vi tìm kiếm và thu nhỏ mức độ thay đổi của các giá trị A,H để tính giá trị Min mới của hàm mục tiêu CP

− Coi bớc trên là khu vực có triển vọng của hàm mục tiêu CP, ta tiếp tục thu hẹp vùng tìm kiếm và thu nhỏ mức thay đổi của các giá trị A,H cho tới khi mức thay đổi phù hợp với độ chính xác mong muốn của các giá trị kích thớc của tờng chắn (tìm kết mịn) thì càng tốt vì nó đảm bảo không bỏ sót giá trị CP Min

Phần ii phát minh - sáng chế

Ví dụ: Ta chọn chiếc ô tô Các thuật toán sáng chế đợc áp dụng gồm:

1 Thuật toán phân nhỏ: Một chiếc ô tô gồm rất nhiều bộ phận nh: Động cơ, các

bộ phận truyền lực, phanh, khung xe, ra di ô, đầu CD, điều hoà nhiệt độ, ăng ten

2 Thuật toán tách khỏi: Khí thải của ô tô

3 Thuật toán phẩm chất cục bộ: Trong một chiếc ô tô gồm nhiều bộ phận có chất lợng khác yêu cầu cao nh: Phanh, động cơ , nhng cũng có các bộ phận có chất lợng thấp hơn nh: Ra đi ô, ăng ten

4 Thuật toán kết hợp: Trong ô tô có ra đi ô, đầu CD, điều hoà nhiệt độ

5 Thuật toán lồng ghép: Trong ô tô săm lồng vào trong lốp, ăng ten của ra đi ô

6 Thuật toán dự phòng: Trong ô tô có lốp dự phòng

7 Thuật toán cầu hoá: Cấu tạo vòng bi trong ô tô, khớp quay của cần số

8 Thuật toán tự phục vụ: Bình xăng ở cao hơn động cơ