BÀI TOÁN TỐI ƯU HOÁ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG BÊ TÔNG CỐT THÉP
Trang 1Bài tập tin học ứng dụng Bài toán tối u hoá kết cấu áo đờng bê tông cốt thép
Hiện nay mặt đờng cấp cao đang đợc sử dụng nhiều nhất có 2 loại đó là mặt đờng bê tông nhựa và mặt đờng bê tông xi măng, mỗi loại có các tính năng phù hợp với đặc điểm điều kiện và đặc điểm khai thác khác nhau Riêng mặt đờng bê tông cốt thép đợc sử dụng nhiều nhất để làm đờng băng tại các sân bay Chúng ta biết rằng một đờng băng sân bay đủ điều kiện cho máy bay có thể cất hạ cánh cần đến môtj khối lợng rất lớn về nguyên vật liệu(bê tông và cốt thép) Nh vậy việc tính toán đòi hỏi phải có một kết cấu áo đờng tối u vừa đảm bảo mọi yêu cầu về chịu lực vừa đạt đợc mục tiêu là cho ta giá thành rẻ nhất
II Nguyên lý tính toán:
+ áp dụng quy trình tính toán thiết kế áo đờng bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Liên Xô có tham khảo quy trình thiết kế áo đờng cứng 22TCN-23-95 của Việt Nam
+Tính toán cho 1m2 kết cấu mặt đờng
+Phơng pháp giải : Sử dụng phơng pháp Thử nghiệm ngẫu nhiên của“Thử nghiệm ngẫu nhiên” của ” của
lý thuyết thiết kế tối u để giải bài toán
III Phạm vi áp dụng:
+áp dụng cho việc tính toán thiết kế kết cấu áo đờng làm đờng băng sân bay
IV Tổ chức ch ơng trình giải bài toán:
1 Mục tiêu của bài toán: Giá thành (gt)
GT = Diện tích mặt cắt tính toãn x Giá bê tông + Diện tích cốt thép x Giá cốt thép
2 Sơ đồ tính toán
100cm
3 Số liệu tính toán : (dữ liệu đầu vào)
a Máy bay tính toán :
- Trọng lợng cất cánh lớn nhất : Fn
- Phân bố tải trọng trên càng chính : n
- Số bánh trên càng chính : nk
- Số lần hoạt động trong 20 năm : m
- áp suất bánh hơi (Pa): Pa
- Khoảng cách giữa các trục giữa hai bánh gần nhất : at ( cm )
Trang 2- Khoảng cách lớn nhất giữa các bánh trong càng chính : ah ( cm )
- Toạ độ :
X (m)
Y (m)
b Các thông số về mặt đờng :
- Hệ số xung kích : kd (tra bảng)
- Hệ số giảm tải : kt (tra bảng)
- Hệ số chuyển đổi mô men uốn khi đặt tải ở tâm đến mô men uốn khi đặt ở cạnh tấm : k (tra biểu đồ)
- Hệ số tính đến sự tích luỹ độ võng tồn tại làm từ nền xử lý bằng chất kết dính : kn (tra bảng)
- Hệ số tính đến sự phân bố nội lực trong các tấm có độ cứng theo hớng x, y khác nhau kx(y) (tra bảng)
- Hệ số làm việc của mặt đờng :km (tra bảng)
- Chiều dày của tấm BTXM : h (cm)
- Khoảng cách bố trí cốt thép : b (cm)
- Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép : a (cm)
- Môdun đàn hồi ban đầu của BTXM : Eb (kg/cm2)
- Môdun đàn hồi ban đầu của lớp cát gia cố xi măng : Ec (kg/ cm2)
- Hệ số nền của lớp cát gia cố xi măng : ks (kg/cm3)
- Môdun đàn hồi của cốt thép : Es (kg/cm2)
- Kháng kéo tính toán của cốt thép : Rs (kg/cm2)
- Hệ số nền : ks (kg/cm3) (tra bảng)
- b, c các hệ số tra bảng tuỳ theo giá trị b/h
4 Tính toán và kiểm tra các điều kiện ràng buộc :
a Kiểm tra điều kiện md mu :
- Tính md : Tải trọng tính toán lên bánh tính theo công thức:
Trong đó h0 là chiều cao làm việc của mặt cắt
Chiều cao vùng chịu nén của bê tông trong mặt cắt tính theo công thc:
Xác định độ cứng của mặt cắt tấm bê tông cốt thép là:
Đặc trng đàn hồi của tấm :
0 5 0 0
2 0
x
k
t d n d
n
k k n F
F . . .
a
d e
p
F R
.
0
h
A s
b
c b
s
E
E
0
) )(
3 (
.
0
h A E B
b
s
B
l
Trang 3Xác định hệ số
Xác định hệ số f() (Hệ số f() đợc tra bảng từ hệ số )
Mô men uốn tt khi tải trọng đặt tại tâm tấm :
Mô men uốn trong mặt cắt tính toán :
Tính mu (mô men uốn giới hạn)
Điều kiện ràng buộc 1 : md mu
b Kiểm tra điều kiện chịu nứt acrc 0.3
- Tính hệ số kc :
Đại lợng ứng suất trong cốt thép chịu kéo :
Khoảng cách giữa các vết nứt đợc tính theo công thức:
Trong đó Us là chu vi mặt cắt cốt thép, 1 là hệ số tra bảng tuỳ thuộc vào loại thép
có gờ hay không
Điều kiện ràng buộc 2 : acrc 0.3
5 Kết quả tính toán : đầu ra As, h tơng ứng với giá thành xây dựng 1m2 mặt đờng bê tông cốt thép nhỏ nhất
6 Thuật toán giải :
+ Nhập số liệu : - Các dữ liệu đầu vào
- Các điều kiện về cấu tạo
- Miền giá trị, bớc tìm kiếm đối với từng tham số
- Giá thành bê tông, và cốt thép
+ Lập chơng trình con tra bảng các hệ số phải tra theo quy trình + Lập chơng trình con tính toán md, mu, acrc và kiểm toán xác định trị
số h và As có giá thành nhỏ nhất trong các trị số hi và Asi thoả mãn các điều kiện ràng buộc nhng vẫn đảm bảo các điều kiện về cấu tạo + Các trị số h và As đợc chấp thuận là trị số thoả mãn điều kiện nằm trong miền xác định chứ không nằm trên biên
+ Kết quả cuối cùng + Vẽ hình
l
R e
) (
1 F f
) (
1 N. x y
m
) 3 (
.Aá R h0 x
2 ) 3 ( 5 3
0
2
s s
b c
E
x h A
E h k
) 3 (h0 x A
m
s
d s
1
b
s s
s c c
E
E U
A k
a
c s
s
E
a 1000 .
Trang 4+ In.
Trang 57 Sơ đồ thuật toán giải bài toán
+
+
+
-Số liệu đầu vào
- Gtmin -SL, i
HNN
Begin
irc( i )
Kiểm tra các điều kiện ràng buộc
GT
GT < GTmin
GT min := GT
As 1 :=As, h 1 :=h
i=SL
end
In kết quả
Trang 68 Lựa chọn ngụn ngữ lập trình
- Chơng trình đợc lập trên ngôn ngữ lập trình TURPO PASCAL 7.0
- Đây là ngôn ngữ lập trình thông dụng, đơn giản, dễ viết câu lệnh
9 Tổ chức chơng trình để giải bài toán
Phần 1: Giới thiệu;
Phần 2: Chơng trình con nhập số liệu, và tra bảng;
Phần 3: Các chơng trình con phục vụ tính toán;
Phần 4: Chơng trình con tạo hàm ngẫu nhiên;
Phần 5: Thân chơng trình chính:
- Lời gọi các chơng trình con;
- Kiểm tra điều kiện ràng buộc;
- Tính toán hàm mục tiêu;
- Xác định các tham số tối u;
- In kết quả ra màn hình
Sơ đồ khối của chơng trình
Bài tập NGuyên lý sáng chế
1 Đề bài
Hãy tìm 1 máy xung quanh mình, tìm 7 quy tác sáng chế đã áp dụng và 1 quy tắc
để cải tiến Mục đích chơng trình
1 Bài làm
Chơng trình
chính
Giới thiệu
Nhập số liệu
Tính toán
In kết quả
Lời gọi các chơng trình con
Kiểm tra điều kiện ràng buộc
Tính toán hàm mục tiêu
Xác đinh thông
số tối u
Trang 7Xe máy.
2.2 Bảy quy tắc đã áp dụng:
1 Biến đổi chuyển động thẳng thành chuyển động quay
2 Quy tắc tăng nhanh hoặc giảm bớt tốc độ vận hành
3 Quy tắc sử dụng khớp cầu thay khớp phẳng
4 Thay chuyển động xích bằng chuyển động bánh răng
5 Quy tắc áp dụng các nguồn năng lợng mới, sạch
6 Quy tắc ghép một số chức năng vào một sản phẩm
7 Quy tắc sử dụng nhiều loại vật liệu vào nhiều bộ phận tuỳ theo chức năng, độ bền của vật liệu, bộ phận và tuổi thọ
2.3 Quy tắc để cải tiến:
Quy tắc cải tiến điều kiện hoạt động cả trên cạn và trên mặt nớc
