Tối ưu hóa kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm combeam

Tối ưu hóa kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm combeam Tối ưu hóa kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm combeam Tối ưu hóa kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm combeam Tối ưu hóa kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm combeam Tối ưu hóa kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm combeam Tối ưu hóa kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm combeam Tối ưu hóa kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm combeam

TÓM TẮT Thiết kế tối ưu kết cấu chủ đề nhiều nghiên cứu lĩnh vực thiết kế kết cấu Mục tiêu việc thiết kế kết cấu tối ưu phải giải hài hòa mối quan hệ yêu cầu sử dụng, độ bền vững, tiết kiệm phù hợp với trình độ thi cơng nhằm đạt phương án có giá thành nhỏ Trong luận văn nghiên cứu ứng dụng ngôn ngữ lập trình Matlab, xây dựng chương trình tự động tính tốn thiết kế tối ưu kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam sử dụng thuật toán di truyền kết hợp lý thuyết tính tốn thiết kế kết cấu liên hợp thép – bê tông với hệ dầm Combeam theo tiêu chuẩn Eurocode 4, với liệu đầu vào người thiết kế khai báo Để chứng minh độ tin cậy khả vượt trội toán tối ưu sử dụng giải thuật tiến hóa - thuật toán di truyền, tác giả lấy kết so sánh với kết công bố iv ABSTRACT Structural optimization design is the subject of many studies in the field of structural design The goal of the optimal structure design is to harmonize the relationship between the requirements of use, durability, economical and in accordance with the construction level in order to achieve the lowest cost plan In the dissertation, the Matlab programming language will be applied, building an automatic program to calculate the optimal design of the combined structure using Combeam beams using genetic algorithms combined with the design calculation theory steel - concrete structure with Combeam beam system according to Eurocode standard, with input data declared by designer To prove the reliability and outstanding ability of the optimal problem using evolutionary algorithms genetic algorithms, the author took the results compared with the published results v MỤC LỤC Trang tựa TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH ix Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung đề tài nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố: 1.1.1 Giới thiệu: 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước: 1.1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA THUẬT TOÁN DI TRUYỀN TRONG VIỆC THIẾT KẾ TỐI ƯU SÀN LIÊN HỢP 2.1 Định nghĩa thuật toán di truyền 2.2 Các trình thuật toán di truyền 2.2.1 Mã hóa nhiễm sắc thể 2.2.2 Khởi tạo quần thể 2.2.3 Xác định, đánh giá hàm thích nghi 2.2.4 Quá trình lai ghép 2.2.5 Quá trình đột biến chọn lọc 2.2.6 Vòng lặp hệ 10 vi 2.3 Tối ưu ràng buộc 10 Chương THUẬT TOÁN DI TRUYỀN TRONG MATLAB 14 3.1 Hàm allChecks.m 14 3.1.1 Tối ưu không ràng buộc 16 3.1.2 Hàm phạt 16 3.2 Hàm crossover.m 17 3.3 Hàm decodeChromo.m 18 3.3.1 Hệ thống dầm 19 3.3.2 Dầm phụ 20 3.3.3 Sàn thép sàn bê tông 20 3.3.4 Số phân đoạn chiều dài dầm 21 3.3.5 Số liên kết chịu cắt nửa dầm 23 3.4 Hàm eliminate.m 23 3.5 Hàm executeGA.m 24 3.6 Hàm findFitness.m 25 3.7 Hàm: floorVib.m 26 3.8 Hàm gather.m 32 3.9 Hàm initialPopulation.m 33 3.10 Hàm master.m 33 3.11 Hàm moreCheck.m 35 3.12 Hàm mutation.m 35 3.13 Hàm ranking.m 36 3.14 Hàm selection.m 36 3.15 Hàm vmCheck.m 37 Chương KIỂM TRA CÁC RÀNG BUỘC 38 4.1 Khả chịu lực cắt momen uốn dầm phụ 38 4.2 Khả chịu lực cắt momen uốn dầm 46 4.3 Khả chịu momen uốn dầm phụ giai đoạn thi công 47 4.4 Khả chịu momen uốn dầm giai đoạn thi cơng 48 vii 4.5 Độ võng dầm phụ liên hợp dầm phụ liên hợp 48 4.5.1 Độ võng dầm dầm phụ q trình thi cơng 53 4.5.2 Khoảng cách chống sàn thép q trình thi cơng 54 4.5.3 Tải trọng tác dụng trực tiếp sàn thép 54 Chương VÍ DỤ TÍNH TỐN KIỂM TRA KẾT QUẢ GA 55 5.1 Kiểm tra kết tính tốn thuật tốn di truyền Matlab 55 5.1.1 Dữ liệu đầu vào: 55 5.1.2 Kết sau chạy GA: 56 5.1.3 Kiểm tra GA phương pháp thủ công: 61 5.2 Khảo sát hội tụ GA Matlab 74 5.2.1 Điểm cắt NST lai ghép (cp) 74 5.2.2 Tỉ lệ đột biến (mp) 76 5.2.3 Tỷ lệ lai ghép (par) 78 5.2.4 Quy mô dân số (pop) 79 5.3 Bài toán ứng dụng : 81 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 6.1 Kết luận 84 6.2 Kiến nghị 85 6.3 Hướng nghiên cứu tương lai 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1:Hệ thống sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam liệu đầu vào, đầu Hình 3.1: Trình tự GA Matlab 15 Hình 3.2: Các lựa chọn biến baysGen 22 Hình 3.3: Mặt cắt điển hình dầm Combeam 27 Hình 3.4: Mặt cắt điển hình dầm Combeam để tính momen qn tính 28 Hình 4.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm phụ 38 Hình 4.2: Mặt cắt điển hình dầm Combeam tính mơ đun đàn hồi 41 Hình 4.3: Mặt cắt điển hình dầm Combeam tính momen kháng uốn TH 43 Hình 4.4: Mặt cắt điển hình dầm Combeam tính momen kháng uốn TH 44 Hình 4.5: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm 46 Hình 4.6: Mặt cắt điển hình dầm Combeam tính tính tốn momen qn tính cho tiết diện cắt ngang dầm liên hợp 50 Hình 5.1: Ví dụ hệ thống sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam liệu đầu vào 55 Hình 5.2: Sự hội tụ GA sau 10 lần chạy 56 Hình 5.5: Quan hệ điểm cắt NST hệ hội tụ 75 Hình 5.6: Quan hệ điểm cắt NST chi phí 76 Hình 5.7: Quan hệ tỷ lệ đột biến số hệ hội tụ 77 Hình 5.8: Quan hệ tỷ lệ đột biến chi phí 77 Hình 5.9: Quan hệ tỷ lệ lai ghép sô hệ hội tụ 79 Hình 5.10: Quan hệ tỷ lệ lai ghép chi phí 79 Hình 5.11: Quan hệ quy mơ dân số số hệ hội tụ 80 Hình 5.12: Quan hệ quy mơ dân số chi phí 81 ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Bảng liệu dầm có đầy đủ thông số tiết diệnđược nhập vào Matlab 19 Bảng 3.2: Mô tả thuộc tính sàn tole bê tơng 21 Bảng 3.4 :Bảng giá trị thích nghi cho hàm ranking 36 Bảng 3.5 : Bảng giá trị thích nghi xếp hạng 36 Bảng 5.1: Kết tính tốn thơng số hệ thống sàn thủ công GA Matlab 73 Bảng 5.2: Số hệ hội tụ giá trị hội tụ GA ứng với giá trị điểm cắt NST (cp) 74 Bảng 5.3: Số hệ hội tụ giá trị hội tụ GA ứng với giá trị tỷ lệ đột biến (mp) 76 Bảng 5.4:Tỷ lệ lai ghép (par)% sô hệ hội tụ 78 Bảng 5.5: Số hệ hội tụ giá trị hội tụ GA ứng với giá trị quy mô dân số (pop) 80 Bảng 5.6: Bảng tra tiết diện sử dụng việc tính tốn 83 x Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung đề tài nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố: 1.1.1 Giới thiệu: Kết cấu liên hợp thép bêtông loại kết cấu sử dụng thép kết cấu kết hợp với bêtông bêtông cốt thép để chúng tham gia chịu lực Các giải pháp kết cấu liên hợp thép bê tông sử dụng phổ biến nhiều nước giới cho cơng trình nhà nhiều tầng Hệ kết cấu ưa chuộng loạt ưu điểm như: thi công nhanh, không cần hệ giàn giáo sàn, mức độ cơng xưởng hóa cao, chất lượng ổn định,…Tuy nhiên, hệ kết cấu có nhược điểm sau: Do dầm thép đặt sàn tơn sóng nên dầm thiết kế chịu toàn tải trọng từ sàn xuống mà khơng xét đến phần bê tơng sàn tham gia chịu uốn, làm tăng chiều cao tầng, mỹ quan, tăng chi phí cơng trình Chính năm 2006 Cơng Ty Peikko (Phần Lan) sáng chế kết cấu liên hợp thép bêtông sử dụng hệ dầm Combeam để khắc phục nhược điểm Khi thiết kế kết cấu liên hợp thép - bê tông thường sử dụng phương pháp thiết kế truyền thống “thử-sai” hay phương pháp dần với thông số đặc trưng vật liệu, tải trọng, chiều dày sàn, kích thước hình học dầm thép, cường độ số lượng chốt liên kết chịu cắt…Các thông số thường chọn theo kinh nghiệm kỹ sư thiết kế ảnh hưởng nhiều đến giá thành cấu kiện Để trì cạnh tranh gia tăng giá thành vật liệu, nhà sản xuất, thi cơng buộc phải giảm chi phí rút ngắn thời gian thi công Do vậy, xu hướng thiết kế đại sử dụng phương pháp thiết kế tối ưu để xác định thông số thiết kế cho chi phí cấu kiện nhỏ áp dụng thay cho phương pháp thiết kế truyền thống để góp phần giảm chi phí đầu tư xây dựng cơng trình Thuật tốn tìm kiếm tối ưu (cực trị) thường phát triển chun gia, nhiều có kiến thức Tốn học Rất nhiều thuật tốn tối ưu hóa phát triển, nhằm đáp ứng toán tối ưu hóa đa dạng thực tiễn Có thuật tốn tìm kiếm mạnh sử dụng rộng rãi thực tế để giải toán tối ưu hóa thiết kế, gồm có: - Thuật tốn tìm kiếm bầy đàn (Particleswarm Optimization) - Thuật toán di truyền đa mục tiêu (Nondominated Sorting Genetic Algorithm II – viết tắt NSGA II) Hai thuật toán áp dụng trường hợp thiết kế cơng trình với mục đích khác Tuy nhiên, đề tài thực việc tối ưu thiết kế kết cấu liên hợp dựa thuật tốn di truyền kết hợp lý thuyết tính toán thiết kế kết cấu liên hợp Sử dụng phần mềm lập trình Matlab để thiết lập chương trình tính toán tối ưu tự động với liệu đầu vào người thiết kế khai báo 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước: Vấn đề tính tốn, kết cấu sàn liên hợp thép - bê tông hệ dầm Combeam công nghệ xây dựng Việt Nam Năm 2012 Công ty TNHH Xây dựng Lâm Phạm ký kết hợp đồng độc quyền chuyển giao, tiếp thị kinh doanh sản phẩm cơng nghệ tập đồn Peikko Group (Phần Lan) Việt Nam Nhưng công nghệ dầm Combeam chưa sử dụng rộng rãi Việt Nam Vấn đề thiết kế tối ưu cho kết cấu nói chung nhiều tác giả nước nghiên cứu nhiều phương pháp khác kết tối ưu, xin đề cập đến số đề tài nghiên cứu sau: Nhóm tác giả Vũ Anh Tuấn, Hàn Ngọc Đức [1] nghiên cứu thiết kế tối ưu dầm liên hợp thép - bê tơng Nội dung ứng dụng thuật tốn tiến hóa vi phân (Differential Evolution Algorithm - DE-A) để tìm trọng lượng nhỏ dầm thép tiết diện chữ I tổ hợp hệ dầm thép liên hợp thép bê tông đề xuất phương pháp thiết kế tối ưu dầm SRC đơn giản, chịu tải trọng phân bố Bên cạnh tác giả Vũ Anh Tuấn Nguyễn Quốc Cường [2] nghiên cứu thiết kế tối ưu kết cấu thép thuật tốn tiến hóa Nội dung tối ưu tiết diện hàm mục tiêu cực tiểu hóa trọng lượng kết cấu, theo thuật tốn tiến hóa vi phân (Differential evolution – DE) Tuy nhiên, tối ưu kết cấu liên hợp hệ dầm Combeam sử dụng thuật tốn di truyền chưa có nghiên cứu đề cập đến hàm mục tiêu tổng chi phí sàn liên hợp bao gồm: chi phí dầm thép, chi phí bê tơng, chốt chịu cắt… liên quan đến kết cấu 1.1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Vấn đề tính tốn, kết cấu sàn liên hợp thép - bê tông dầm Combeam Năm 2006 Công Ty Peikko (Phần Lan) sáng chế, thi công kinh doanh độc quyền hệ dầm Combeam Hiện nay, Peikko có chi nhánh phân phối sản phẩm 30 quốc gia Châu Á - Thái Bình Dương, Châu Âu, Trung Đơng Bắc Mỹ, với hoạt động sản xuất quốc gia Vấn đề thiết kế tối ưu kết cấu liên hợp nói riêng nhiều tác giả nước đề cập nghiên cứu Bài tốn thiết kế tối ưu đạt sở tiêu chí lựa chọn trọng lượng tối thiểu chi phí tối thiểu Đa số nghiên cứu công bố đề cập việc tối ưu hóa kết cấu tập trung vào việc tối thiểu trọng lượng Chỉ phần nhỏ viết bàn tối thiểu tổng chi phí Tơi xin đề cập đến số đề tài nghiên cứu sau: Nhóm tác giả A Kaveh and M S Massoudi [3] sử dụng lý thuyết “đàn kiến” để tính tốn tối ưu cho kết cấu dầm liên hợp Koumousis Georgiou [4] sử dụng thuật tốn di truyền để lập trình chương trình để tính tốn, lựa chọn tối ưu cho mặt cắt tiết diện thép, kèo mái hình thang Huang Arora [5] nghiên cứu sử dụng thuật tốn di truyền để thiết kế tối ưu giàn khơng gian hai chiều, khung thép nhiều tầng Bhatti [6] xây dựng dựa ý tưởng tối ưu hoá dầm liên hợp cách thiết lập cơng thức tối ưu hóa tiêu chuẩn giải vấn đề dựa công thức đại số Mathematica [7] ⇒ δb = 5*10,1*(9,14) = 2,4cm 384* 20*103 *14245,4 Giới hạn độ võng: δ max = Lb 9,14 = = 3,6cm 250 250 Tính độ võng dầm giai đoạn thi công: lineg = δb = lineb * L * (N − 1) W 5* lineg *(W ) 384* Es * I s I s = 64576,87cm4 5*17,01*(12,19) ⇒ δb = = 3,78cm 384* 20*103 * 64576,87 Giới hạn độ võng: δ max = W 12,19 = = 4,8cm 250 250 Tính tốn tương tự cho thơng số cịn lại hệ thống sàn, ta có kết so sánh kết tính tốn thủ công GA Matlab bảng 5.1 Căn vào kết thể bảng 5.1 ta nhận thấy rằng, kết hội tụ GA Matlab thõa điều kiện tính tốn thủ cơng Vì kết tính tốn GA Matlab đáng tin cậy Bảng 5.1: Kết tính tốn thông số hệ thống sàn thủ công GA Matlab STT Đơn vị Thơng số tính toán Tải trọng phân bố dầm phụ Tải trọng phân bố dầm Khả chịu lực cắt lớn dầm phụ Khả chịu momen lớn dầm phụ Khả chịu lực cắt lớn dầm Khả chịu momen lớn dầm Lực cắt dầm phụ tải trọng gây Momen dầm phụ tải trọng gây Lực cắt dầm tải trọng gây 73 kN/m kN/m kN kN.m kN kN.m kN kN.m kN Kết tính tốn Tính thủ GA cơng Matlab 26,62 26,12 59,88 59,18 732,76 732,46 810,5 809,7 1069,22 4171,46 121,66 277,99 364,98 1068,32 4170,36 121,46 277,89 364,68 10 11 12 13 14 15 16 Momen dầm tải trọng gây Momen dầm phụ giai đoạn thi cơng Momen dầm giai đoạn thi công Độ võng dầm phụ giai đoạn liên hợp Độ võng dầm phụ giai đoạn thi cơng Độ võng dầm giai đoạn liên hợp Độ võng dầm giai đoạn thi cơng kN.m kN.m kN.m cm cm cm cm 1112,28 810 4171,4 1111,68 809,5 4170,2 3,1 2,4 4,7 3,78 3,055 2,38 4,67 3,74 5.2 Khảo sát hội tụ GA Matlab Như đề cập, GA thuật toán với chế ngẫu nhiên với thông số liên quan bao gồm: quy mô dân số (pop), tỷ lệ đột biến (mp), tỷ lệ lai ghép (par), tỷ lệ phần trăm dân số thích nghi để lựa chọn cá thể bố mẹ vào lai ghép hệ điểm cắt NST lai ghép (cp) Cố định thơng số đầu vào tốn, tiến hành khảo sát phụ thuộc thông số hội tụ kết hội tụ GA Từ chọn giá trị cụ thể cho thông số nhằm đảm bảo kết tính tốn GA tối ưu hội tụ GA nhanh 5.2.1 Điểm cắt NST lai ghép (cp) Điểm cắt NST lai ghép (cp) điều khiển hoạt động phân vùng dân cư, sử dụng làm sở cho chế lựa chọn thường có giá trị từ 20% - 40% Cho biến cp thay đổi phạm vi từ 10% - 90% để khảo sát thay đổi kết GA Kết thể bảng 5.2, hình 5.1 hình 5.2 Bảng 5.2: Số hệ hội tụ giá trị hội tụ GA ứng với giá trị điểm cắt NST (cp) Điểm cắt NST (cp) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Số hệ hội tụ 26 10 13 14 12 14 24 23 23 74 Giá trị hội tụ (chi phí) 23449 23338 23449 22977 22651 22567 23449 22977 22989 22989 60 65 70 75 80 85 90 29 34 34 27 23 31 34 22977 22977 22977 23201 23061 23571 23205 Nhận xét: Với cp = 10% cp = 20% GA hội tụ nhanh hệ thứ 10 Tuy nhiên giá trị hội tụ chưa tối ưu Khi cp = 35% GA hội tụ tương đối nhanh hệ thứ 12 giá trị hội tụ nhỏ Đề xuất chọn cp = 35% Hình 5.5: Quan hệ điểm cắt NST hệ hội tụ 75 Hình 5.6: Quan hệ điểm cắt NST chi phí 5.2.2 Tỉ lệ đột biến (mp) Chọn cp = 35% , cho biến mp thay đổi phạm vi từ 0,3% - 4% để khảo sát thay đổi kết GA Kết thể bảng 5.3 Bảng 5.3: Số hệ hội tụ giá trị hội tụ GA ứng với giá trị tỷ lệ đột biến (mp) Tỷ lệ đột biến (mp)% 0,003 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 Số hệ hội tụ 18 19 12 16 19 29 34 31 Giá trị hội tụ (chi phí) 23201 23561 22567 22579 22567 23070 23221 23311 22579 Nhận xét: Với mp = 3,5% GA hội tụ nhanh hệ thứ giá trị chưa hội tụ Tương tự mp = 0,5% GA hội tụ nhanh hệ thứ 19 giá trị chưa hội tụ Khi mp = 1% ta nhận thấy GA hội tụ tương đối 76 nhanh hệ thứ 12 giá trị hội tụ nhỏ Đề xuất chọn mp = 1% Hình 5.7: Quan hệ tỷ lệ đột biến số hệ hội tụ Hình 5.8: Quan hệ tỷ lệ đột biến chi phí 77 5.2.3 Tỷ lệ lai ghép (par) Chọn cp = 35% mp = 1% cho tỷ lệ lai ghép (par) thay đổi phạm vi từ 5% -99% để khảo sát thay đổi kết GA Kết thể bảng 5.4 Bảng 5.4:Tỷ lệ lai ghép (par)% sô hệ hội tụ Tỷ lệ lai ghép (par)% 10 15 20 25 30 35 40 45 50 70 90 95 99 Số hệ hội tụ 11 22 10 14 15 16 15 17 22 33 19 12 29 23 Giá trị hội tụ (chi phí) 22977 22603 23221 23211 23201 22591 23261 22977 22567 22567 23121 22567 23201 22977 Nhận xét: Tại par = 15% GA hội tụ hệ thứ 10 nhanh chưa tối ưu Tại par = 45% GA hội tụ hệ thứ 22 Như với par = 45% đáp ứng yêu cầu đề Cố định thông số đầu vào toán, tiến hành khảo sát phụ thuộc thông số hội tụ kết hội tụ GA Từ chọn giá trị cụ thể cho thơng số nhằm đảm bảo kết tính tốn GA tối ưu hội tụ GA nhanh 78 Hình 5.9: Quan hệ tỷ lệ lai ghép sơ hệ hội tụ Hình 5.10: Quan hệ tỷ lệ lai ghép chi phí 5.2.4 Quy mô dân số (pop) Chọn cp = 25% , mp =1% par = 90% , cho quy mô dân số (pop) thay đổi phạm vi từ 50-550 để khảo sát thay đổi kết GA Kết thể bảng 5.4 79 Bảng 5.5: Số hệ hội tụ giá trị hội tụ GA ứng với giá trị quy mô dân số (pop) Quy mô dân số (pop) 50 100 150 200 250 300 350 450 550 Số hệ hội tụ 19 25 18 25 25 21 21 24 27 Giá trị hội tụ (chi phí) 24249 22591 23459 23001 22567 23061 23201 22567 22567 Nhận xét: Giá trị hội tụ giảm dần quy mô dân số tăng Khi quy mô dân số khoảng 200-550 giá trị hội tụ thấp không thay đổi lớn quy mô dân số thay đổi Tuy nhiên pop > 350 số hệ hội tụ tăng cao thể hội tụ GA Tại pop = 250 GA thể hội tụ tốt (hội tụ hệ thứ 25) giá trị hội tụ tối ưu Vậy pop = 250 đáp ứng yêu cầu khảo sát Hình 5.11: Quan hệ quy mơ dân số số hệ hội tụ 80 Hình 5.12: Quan hệ quy mơ dân số chi phí 5.3 Bài tốn ứng dụng : Nhằm mục đích giúp kỹ sư thiết kế chọn sơ tiết diện dầm, chiều dày sàn, số lượng dầm phụ tính nhanh khái tốn chi phí xây dựng hệ thống sàn liên hợp, toán khảo sát thay đổi chi phí quy cách cấu kiện thành phần hệ thống sàn liên hợp liên quan tới việc thay đổi kích thước sàn tải trọng tác động Cụ thể sau: - Bề rộng ô sàn W thay đổi từ m-10m - Chiều dài ô sàn L thay đổi từ 4m-9m - Hoạt tải LL =100 Kg/m2;200 Kg/m2 ;300 Kg/m2 - Tĩnh tải DL = 200 Kg/m2 ;300 Kg/m2 ;400 / Kg/m2 - Các thông số GA: số hệ 35; pop = 250, par = 90; cp = 25, mp = 0,01 Tiến hành chạy GA lần Kết thể bảng 5.6 Bảng 5.6 xem bảng tra sử dụng việc tính tốn, chọn sơ tiết diện cấu kiện khái tốn chi phí đầu tư cho hệ thống sàn liên hợp thép bê tơng tùy thuộc vào kích thước sàn, tải trọng tác dụng 81 Hình 5.13: Mặt cắt điển hình dầm Combeam 82 STT W Chiều dài L Chiều rộng (m) (feet) (m) (feet) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 8 8 8 8 8 8 6 6 6 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 32,81 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 19,68 19,68 19,68 19,68 19,68 19,68 9 7 5 13,12 16,40 19,68 22,97 26,25 29,53 13,12 16,40 19,68 22,97 26,25 29,53 13,12 16,40 19,68 22,97 26,25 29,53 13,12 16,40 19,68 22,97 13,12 16,40 19,68 22,97 13,12 16,40 19,68 22,97 13,12 16,40 13,12 16,40 13,12 16,40 DL Tĩnh Tải (kG/ m2) 200 200 200 200 200 200 300 300 300 300 300 300 400 400 400 400 400 400 200 200 200 200 300 300 300 300 400 400 400 400 200 200 300 300 400 400 LL Hoạt tải (psf) (kG/m2) (psf) 40,96 40,96 40,96 40,96 40,96 40,96 61,44 61,44 61,44 61,44 61,44 61,44 81,92 81,92 81,92 81,92 81,92 81,92 40,96 40,96 40,96 40,96 61,44 61,44 61,44 61,44 81,92 81,92 81,92 81,92 40,96 40,96 61,44 61,44 81,92 81,92 100 100 100 100 100 100 200 200 200 200 200 200 300 300 300 300 300 300 100 100 100 100 200 200 200 200 300 300 300 300 100 100 200 200 300 300 20,48 20,48 20,48 20,48 20,48 20,48 40,96 40,96 40,96 40,96 40,96 40,96 61,44 61,44 61,44 61,44 61,44 61,44 20,48 20,48 20,48 20,48 40,96 40,96 40,96 40,96 61,44 61,44 61,44 61,44 20,48 20,48 40,96 40,96 61,44 61,44 Thông số dầm phụ h 8,11 8,11 8,19 10,67 12,05 12,83 8,11 8,11 8,27 12,05 12,05 12,83 8,11 8,19 8,27 12,05 12,83 14,80 8,11 8,11 10,67 12,05 8,11 8,19 10,67 12,05 8,11 8,11 12,05 12,83 8,11 8,11 8,11 8,11 8,11 8,19 W (poud/m) 71,32 71,32 83,77 91,47 95,69 96,98 71,32 74,55 98,39 95,69 95,69 100,58 71,32 83,77 109,16 95,69 96,98 128,12 71,32 71,32 91,47 95,69 71,32 83,77 91,47 95,69 71,32 89,97 95,69 96,98 71,32 71,32 71,32 71,32 71,32 83,77 A inch2 9,97 9,97 11,62 12,65 13,20 13,38 9,97 10,40 13,57 13,20 13,20 13,86 9,97 11,62 15,01 13,20 13,38 17,70 9,97 9,97 12,65 13,20 9,97 11,62 12,65 13,20 9,97 12,50 13,20 13,38 9,97 9,97 9,97 9,97 9,97 11,62 h1 inch 7,87 7,87 7,87 10,43 11,81 12,60 7,87 7,87 7,87 11,81 11,81 12,60 7,87 7,87 7,87 11,81 12,60 14,57 7,87 7,87 10,43 11,81 7,87 7,87 10,43 11,81 7,87 7,87 11,81 12,60 7,87 7,87 7,87 7,87 7,87 7,87 t3, inch 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 b1 inch 15,55 15,55 15,55 19,49 19,49 19,49 15,55 15,55 15,55 19,49 19,49 19,49 15,55 15,55 15,55 19,49 19,49 25,98 15,55 15,55 19,49 19,49 15,55 15,55 19,49 19,49 15,55 19,49 19,49 19,49 15,55 15,55 15,55 15,55 15,55 15,55 Thơng số dầm t1, inch 0,24 0,24 0,31 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,39 0,24 0,24 0,24 0,24 0,31 0,39 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,31 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,31 b2 inch 7,87 7,87 7,87 11,81 11,81 11,81 7,87 7,87 7,87 11,81 11,81 11,81 7,87 7,87 7,87 11,81 11,81 15,75 7,87 7,87 11,81 11,81 7,87 7,87 11,81 11,81 7,87 11,81 11,81 11,81 7,87 7,87 7,87 7,87 7,87 7,87 b3 inch 3,94 3,94 3,94 5,83 5,12 4,33 3,94 3,94 3,94 5,12 5,12 4,33 3,94 3,94 3,94 5,12 4,33 7,09 3,94 3,94 5,83 5,12 3,94 3,94 5,83 5,12 3,94 7,09 5,12 4,33 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 t2 inch 0,47 0,47 0,59 0,47 0,47 0,47 0,47 0,59 0,79 0,47 0,47 0,59 0,47 0,59 1,18 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,59 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,59 h 12,83 14,80 15,98 14,80 15,98 15,98 12,83 14,80 15,98 14,80 15,98 15,98 12,83 14,80 15,98 15,98 15,98 19,92 12,05 12,05 12,83 12,91 12,05 12,05 12,83 12,91 12,05 12,05 12,83 12,91 8,11 8,11 8,11 8,11 8,11 10,08 W (poud/m) 122,56 128,12 133,53 128,12 133,53 139,56 122,56 128,12 133,53 128,12 133,53 139,56 122,56 128,12 133,53 139,56 154,32 166,82 95,69 95,69 96,98 112,14 95,69 95,69 96,98 118,12 95,69 95,69 96,98 112,14 71,32 71,32 71,32 71,32 71,32 89,57 A inch2 16,99 17,70 18,38 17,70 18,38 19,18 16,99 17,70 18,38 17,70 18,38 19,18 16,99 17,70 18,38 19,18 21,14 22,76 13,20 13,20 13,38 15,39 13,20 13,20 13,38 16,19 13,20 13,20 13,38 15,39 9,97 9,97 9,97 9,97 9,97 12,41 h1 inch 12,60 14,57 15,75 14,57 15,75 15,75 12,60 14,57 15,75 14,57 15,75 15,75 12,60 14,57 15,75 15,75 15,75 19,69 11,81 11,81 12,60 12,60 11,81 11,81 12,60 12,60 11,81 11,81 12,60 12,60 7,87 7,87 7,87 7,87 7,87 9,84 t3, inch 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 Bảng 5.6: Bảng tra tiết diện sử dụng việc tính tốn 83 b1 inch 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 25,98 29,92 29,92 19,49 19,49 19,49 19,49 19,49 19,49 19,49 19,49 19,49 19,49 19,49 19,49 15,55 15,55 15,55 15,55 15,55 19,49 t1, inch 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,31 0,24 0,24 0,24 0,31 0,24 0,24 0,24 0,31 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 b2 inch 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 15,75 19,69 19,69 11,81 11,81 11,81 11,81 11,81 11,81 11,81 11,81 11,81 11,81 11,81 11,81 7,87 7,87 7,87 7,87 7,87 11,81 b3 inch 8,27 7,09 7,09 7,09 7,09 7,09 8,27 7,09 7,09 7,09 7,09 7,09 8,27 7,09 7,09 7,09 10,94 9,06 5,12 5,12 4,33 4,33 5,12 5,12 4,33 4,33 5,12 5,12 4,33 4,33 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 6,10 t2 inch 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,59 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,59 0,47 0,47 0,47 0,59 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,59 0,47 0,47 0,47 0,79 0,47 0,47 0,47 0,59 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 Loại bê tông BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 BTT-145 Chiều cao sàn deck (inch) 3,00 3,00 3,00 1,50 1,50 1,50 3,00 3,00 3,00 1,50 1,50 1,50 3,00 3,00 3,00 1,50 1,50 1,50 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 Chiều dày bê tông (inch) 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 Số lượng Chi dầm phí ($) phụ 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 8074 8651 11322 14161 16075 17835 8104 9518 12158 14572 16174 18338 8174 9972 12854 14983 17394 20650 5475 6284 7736 9194 5446 6695 7808 9359 5499 6830 7958 9310 4127 4805 4135 4829 4160 5584 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Dầm Combeam công nghệ xây dựng VN phát triển, áp dụng hiệu rộng rãi 25 nước giới vài năm gần Anh, Pháp, Đức, Nga, Mỹ, Phần Lan…Do thiết kế đặc biệt nên dầm Combeam có kết cấu nhẹ khả chịu lực tốt so với loại dầm truyền thống, Combeam có tiết diện hình thang có cánh hai bên cho phép đỡ tất loại sàn như: sàn đổ chỗ, sàn đúc sẵn, sản rỗng, sàn dự ứng lực, sàn tôn Việc kết hợp phương pháp dựa di truyền học phát triển để tự động thiết kế hệ thống sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam dựa khả chịu tải trọng, độ võng dao động Dữ liệu đầu vào cần kích thước hệ thống sàn tải trọng tác động Sau hồn thành q trình tính tốn, chương trình cung cấp cho ta kết tối ưu có khối lượng thép nhỏ chi phí - Đưa cơng thức tính tốn hệ thống sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam theo tiêu chuẩn Eurocode nhằm mục đích giúp kỹ sư việc thiết kế cho sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam - Kết tính tốn thơng số hệ thống sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam theo tiêu chuẩn Eurocode kiểm tra độ tin cậy cách so sánh kết tính tốn thuật tốn với kết tính tay Việc thực mục 5.1 luận văn Kết cho thấy chênh lệch phương pháp tính khơng nhiều, kết tính tốn thuật tốn có độ tin cậy cao - Q trình tính tốn GA kiểm tra độ tin cậy đồng thời thông số GA khảo sát GA có kết hội tụ tốt Sử dụng thuật tốn để tính tốn tạo bảng tra thơng số tiết diện dầm chính, dầm phụ, chiều dày sàn, số lượng dầm phụ… nhằm mục đích giúp kỹ sư việc thiết kế cho sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam cách kinh tế hiệu 84 Việc thiết kế cho sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam kết hợp thuật toán di truyền viết luận văn có khả tự động Với thuật tốn này, xem cơng cụ thiết kế góp phần vào việc sử dụng bước đệm cho nghiên cứu tương lai 6.2 Kiến nghị Phương pháp lai ghép đơn điểm sử dụng phạm vi luận văn Trong thực tế thuật toán di truyền có nhiều phương pháp lai ghép khác nhằm thích ứng với tốn cụ thể để làm tăng hiệu thuật toán Tối ưu đơn mục tiêu sử dụng luận văn xét thơng số cịn lại tiết diện dầm chính, tiết diện dầm phụ, chiều dày sàn bê tông, số lượng chốt liên kết…chỉ đảm bảo điều kiện cấu tạo, cường độ, độ võng Để tốn tồn diện áp dụng nhiều loại cơng trình cần xét thêm khả chịu tải cột, móng, tải trọng gió, động đất, số tầng, kích thước sàn tối ưu… 6.3 Hướng nghiên cứu tương lai Luận văn đưa công thức thiết kế dầm chính, dầm phụ, sàn deck , chiều dày bê tông, chốt liên kết cho hệ dầm sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam Nhưng thiết kế hệ dầm đầy đủ để cơng cần xét thêm nút liên kết dầm dầm phụ, dầm cột vấn đề cần nghiên cứu để đưa kết cấu liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam thi công rộng rãi 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Anh Tuấn, Hàn Ngọc Đức Thiết kế tối ưu dầm liên hợp thép – bê tơng cốt thép Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng, số 10/9-2011, 15-22, 2011 [2] Vũ Anh Tuấn, Nguyễn Quốc Cường Thiết kế tối ưu kết cấu thép thuật tốn tiến hóa Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng, số 4-2007, 111-118, 2007 [3] A Kaveh and M S Massoudi Cost optimation of a composite floor system using ant colony system IJST, Transactions of Civil Engineering, Vol 36, 139-148, 2012 [4] Koumousis, V K and Georgiou, Genetic Algorithms in Discrete Optimization of Steel Truss Roofs Journal of Computing in Civil Engineering, Vol 8, 309-325, 1994 [5] Huang, M W, and Arora Performance of a Genetic Algorithm For Structural Design Using Available Sections Building to Last Structures Congress: Proceedings, Vol 2, 793-797, 1997 [6] Bhatti MA Optimum Cost Design of Partially Composite Steel Beams Using LRFD Engineering Journal, American Institute of Steel Construction, Vol 33, 1829, 1996 [7] Mathematica Mathematica Champaign, (IL, USA): Wolfram Research, Inc, 2008 [8] Hassan, Mahmoud M., Optimum Design of Cable-Stayed Bridges Digitized Theses, Vol 3213, 2010 [9] Kravanja S, Šilih S The competitive spans of composite beams In: Studenicˇka J,Wald F, Machacˇek J, editors Proceedings of the conference Eurosteel99 Prague: Czech Technical University in Prague, 623–626, 1999 86 [10] Adeli, H & Kim, H Cost optimization of composite beams using the neural dynamics model Commun Numer Meth Eng, Vol 17, 771–787, 2001 [11] Benjamin T Shock Automated Design Of Steel Wide-Flanged Beam Floor Framing Systems Using A Genetic Algorithm, A thesis submitted to the Faculty of the Graduate School, Marquette University, July 2003 [12] Ekaterina Vostokova Realizing the bending stiffness of steel beam with additional downstand profiles, Saimaa University of Applied Sciences, 2019 87 ... sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam để tiết kiệm thời gian, chi phí Đưa kết cấu sàn liên hợp sử dụng hệ dầm Combeam sử dụng phổ biến Việt Nam giúp nâng tầm công nghệ xây dựng nước Thiết kế tối ưu. .. hình tối ưu hóa cho dầm I liên hợp thực việc tối ưu hoá dựa so sánh dầm liên hợp thép I dàn liên hợp Adeli Kim [10] đề xuất mơ hình mạng Noron để tối ưu chi phí phần tử dầm kết cấu liên hợp Tuy... tiến hóa Nội dung tối ưu tiết diện hàm mục tiêu cực tiểu hóa trọng lượng kết cấu, theo thuật tốn tiến hóa vi phân (Differential evolution – DE) Tuy nhiên, tối ưu kết cấu liên hợp hệ dầm Combeam sử