Thiết kế tối ưu cống tròn

Thiết kế tối ưu cống tròn

trờng đại học giao thông vận tải

khoa sau đại học

bài tập lớn

thiết kế tối u và sáng chế

Học viên: Hồ Anh Cơng Lớp: Cao học Công trình Khoá: 10

Hà Nội, 09 –2003

bài toán tối u hoá mặt cắt cống tròn BTCT

trên sân bay

I/ Giới thiệu tổng quan

Đây là chơng trình tính toán thiết kế tối u các thông số mặt cắt cống tròn BTCT (trên khu bay( đờng cất hạ cánh, đờng lăn, bãi để máy bay ) Kết quả chơng trình cho biết kích thớc tối u (chiều dày thân cống, diện tích cốt thép) với giá thành kết cấu rẻ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu chịu lực

Chơng trình đợc viết bằng ngôn ngữ lập trình Pascal 7.0

II/ Nội dung kỹ thuật bài toán

Một trong số những bài toán thiết kế tối u hoá thờng gặp khi thiết kế cống tròn là bài toán chọn các kích thớc tối u của mặt cắt cống Theo cách làm thông thờng khi tính toán thiết kế cống tròn BTCT thì các kỹ s chọn các kích thớc theo kinh nghiệm hoặc tra quy trình rồi tiến hành tính duyệt và sẽ sửa đổi dần đến lúc kết qủa là chấp nhận

đợc Điều này khó cho phép ngời thiết kế chọn đợc kích thớc tối u của bài toán và

đ-ơng nhiên giá thành công trình sẽ không phải là thấp nhất

Chơng trình tính toán này sẽ giải quyết vấn đề trên

Cụ thể hoá bằng công thức:

Giá thành XD min: GT= (Diện tích bê tông x Lcống x Đơn giá) + (Diện tích

cốt thép x Lcống x Đơn giá) (đ) III/ Mô hình bài toán thiết kế tối u

1 Xác định hàm mục tiêu:

Giá thành XD min: GT= (Diện tích bê tông x Lcống x Đơn giá) + (Diện tích

cốt thép x Lcống x Đơn giá) (đ)

2 Các điều kiện ràng buộc: (Tính duyệt)

• Mmax ≤ Mgh

• at ≤ ∆

3 Cực tiểu hoá hàm mục tiêu

GTmin = f(X1, X2, X3, ) Các điều kiện xây dựng miền giá trị của từng ẩn Xi Các giá trị này phải nằm trong khoảng cho phép ở quy trình

Các ẩn: X1: Chiều dày thành ống cống (m)

X2: Diện tích cốt thép (cm2)

IV/ Lựa chọn ph ơng pháp:

Lựa chọn phơng pháp thử nghiệm ngẫu nhiên

V/ Nội dung tính toán:

5.1/ Số liệu tính toán:

5.1.1/ Tại trọng máy bay

- Hệ số phân bố tỉa trọng trên càng chính:ha

5.1.2/ Kết cấu mặt đờng và nền đất

5.1.3/ Cống tròn BTCT

- BT mác M200, Có Ru=90 Kg/cm2, γbt=2.5T/m3

Ea=2.100.000 Kg/cm2

ϕ1=0.9

- Bố trí cốt thép theo hình lò xo có bớc xoắn là 10cm, bớc xoắn : nb

- Đơn giá BT, đơn giá thép

- Giới hạn cuả các tham số

5.2/ Điều kiện ràng buộc:

• Mmax ≤ Mgh

• at ≤ ∆

Giá trị Chiều dày

thành cống (t), cm

Đờng kính cốt thép (φ), mm

5.3/ Kết quả tính toán (đầu ra)

- Tơng ứng với giá thành xây dựng là nhỏ nhất

5.4/ Các công thức sử dụng trong quá trình tính toán

• Tải trọng máy bay lên mặt đờng

• áp lực của các lớp vật liệu phía trên cống

• áp lực thẳng đứng do tải trọng máy bay

- Bán kính tiếp xúc của vệt bánh máy bay theo đờng tròn quy ớc

- Bán kính của tải trọng máy bay phân bố qua các lớp vật liệu

- Diện tích tải trọng của máy bay tác dụng lên cống

 S= π x R2

- áp lực thẳng đứng do tải trọng máy bay

5.5/ Xác định tải trọng tác dụng lên cống

5.5.1/ Mô men do tải trọng máy bay và các lớp kết cấu áo đờng gây nên

- Hệ số áp lực ngang R1

M2

M3

Từ 4-1,4-2, ta có

M1= M2= M3 = 0.137 x (q + pmb) xR2x ( 1- à) (4-3)

5.5.2/ Mô men do tải trọng bản thân cống

M’1=0.304* gt *R2

5.5.3/ Tổng hợp mômen

Với i=1-:-3

5.5.4/ Tính mômen giới hạn Mgh

• Diện tích cốt thép chịu kéo:

• Diện tích cốt thép chịu nén:

Mgh= Ru*b*x*(to-x/2) + Ra*F’a*(to - a’) (5-5)

5.6/ Xác định độ mở rộng vết nứt do tải trọng gây ra: (a t )

• ứng suất:

• Diện tích cùng tác dụng tơng hỗ

Độ mở rộng vết nứt:

at = 0.5*(σa/Ea)* ϕ1∗Rr (6-4)

5.7/ Xác định giá thành 1m dài cống

Gt= π/4*(2d.t – t2)*đơn giá BT + 2π(d+t)*đơn giá thép (đ) Với Fa = F’a

VI/ Tổ chức ch ơng trình

Phần1: Giới thiệu chung

Phần2: Chơng trình con Nhập số liệu

Phần3: Chơng trình con phục vụ tính toán

Phần4: Chơng trình con tạo hàm ngẫu nhiên (HNN)

Phần5: Thân chơng trình chính

- Gọi các chơng trình con

- Kiểm tra điều kiện ràng buộc

- Tính toán (kiểm toán), xác định : t, φ

với hàm mục tiêu: Gtmin

- In kết quả

Tài liệu tham khảo

- PGS TS Nguyễn Viết Trung, Giáo trình Thiết kế Tối u - ĐH GTVT 2000

- PGS Nguyễn Quang Chiêu, Thiết kế cầu cống nhỏ trên đờng ôtô