Tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy khung thép tiền chế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HỊ CHÍ MINH NGƠ THỊ HỊNG QUN TĨI ƯU HÓA DỰA TRÊN ĐỘ TIN CẬY KHUNG THÉP TIÊN CHÉ TRƯỜNG O41 HOC Md TP.HCM THU VIEN ree Chuyén nganh : Xây Dựng Cơng trình Dân Dụng Cơng Nghiệp Mã số ngành : 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY ĐỰNG Người hướng dẫn khoa học PGS.TS.NGUYEN THOI TRUNG TP HO CHÍ MINH - NAM 2014 Luận văn thạc sĩ Xây dựng Cơng trình Dân dụng & Công nghiệp TOM TAT Những năm gần đây, kết cấu thép sử dụng ngày nhiều ngành xây dựng Việt Nam Đặc biệt, phát triển không ngừng kinh tế đòi hỏi lượng lớn kết cấu thép dùng để xây dựng khu công nghiệp, khu chế xuất Với ưu điểm thời gian thi công nhanh; khả chịu lực lớn; trọng lượng thân nhẹ kết cấu khung thép tiền chế đáp ứng hầu hết yêu cầu người sử dụng Tuy nhiên, giá thành vật liệu thép đắt nên phí vật liệu cho khung thép tiền chế tăng theo trọng lượng thân chúng Vấn đề đặt thiết kế kết cấu khung thép vừa đảm bảo khả chịu lực vừa tiết kiệm vật liệu cách hợp lý Và để giải vấn đề này, toán tối ưu hố khung thép tiền chế có ràng buộc thành lập Tuy nhiên, nghiệm tối ưu tốn tối ưu hố có ràng buộc lại nằm ranh giới miền an toàn miền mắt an tồn kết cấu Do đó, giải tốn tối ưu hố có xét đến dao động ngẫu nhiên thông số đầu vào như: tải trọng, đặc trưng học vật liệu phần đáng kể nghiệm tối ưu kết cấu rơi vào miền khơng an tồn Trong thực tế, để “dự phịng” cho điều này, cơng ty nhà thép thiết kế “dư” thông qua việc sử dụng hệ số an toàn Tuy nhiên, lượng “dư” mà họ sử dụng thực tế thường khơng có sở khoa học rõ ràng mà chủ yếu dựa kinh nghiệm người thiết kế Luận văn thực nhằm thành lập giải toán tối ưu hoá dựa độ tin cậy khung thép tiền chế Ý nghĩa thực tiễn đề tài nhằm đảm bảo việc thiết kế kết cấu khung thép tiền chế thoả mãn đồng thời mục tiêu: đảm bảo khả chịu lực; đảm bảo yêu cầu ổn định tiết kiệm vật liệu Luận văn thiết lập giải tối ưu hố cho hai mơ hình khung thép tiền chế với số liệu (kích thước; số liệu tải trọng; số liệu vật liệu) dựa hai cơng trình thực tế Cơng ty TNHH Nhà thép PEB thiết kế thi công, cụ thể: + Mơ hình thứ nhất: Khung thép kiểu SS có chiều dài nhịp =26.5 m, chiều cao 77 = 11.73m va chịu tác dụng tĩnh tải, hoạt tải mái, tải trọng gió cầu trục với sức nâng ~ + Mơ hình thứ hai: Khung thép kiểu MS-1 có chiều dài nhịp 27 =2x26.5 m, chiều cao H = 11.73m chịu tác dụng tĩnh tải, hoạt tải mái, tải trọng gió cầu trục với sức nâng 30 HVTH: Ngô Thị Hồng Quyên iii Luận văn thực sĩ Xây dựng Cơng trình Dân dụng & Cơng nghiệp Ứng với mơ hình trên, tác giả thiết lập giải toán tối ưu hóa mà khơng xét độ tin cậy Hàm mục tiêu cực tiểu trọng lượng kết cấu Biến thiết kế kích thước mặt cắt ngang cột, kèo Các ràng buộc bao gồm ràng buộc chuyển vị, ứng suất, độ mảnh ổn định cục Tiếp theo tác giả mở rộng hai toán tối ưu cách xét thêm độ tin cậy Khi tốn có thêm biến ngẫu nhiên mơ đun đàn hồi thép E, giới hạn chảy thép f,, hoạt tải sửa chữa ;, ràng buộc độ tin cậy tải trọng gió W có thêm - Trong luận văn, tác giả sử dụng phương pháp sau: + Phân tích ứng xử kết cấu khung phẳng thực phương pháp phần tử hữu han (Finite Element Methods - FEM) với phần tử dàn, dầm + Bài tốn tối ưu hóa giải hai thuật toán tối ưu phương pháp tiến hoá khác biệt (Differential Evolution- DE) phương pháp tối ưu hố đàn hạt (Particle Swarm Optimization -PSO) Trong phương pháp sử dụng DE cịn phương pháp PSO sử dụng với mục đích so sánh đối chứng kết + Bài toán đánh giá độ tin cậy giải phương pháp đánh giá độ tin cậy bậc (First Order Reliability Method-FORM) Sau thực hiện, kết luận văn so sánh với kết thiết kế thực tế Công ty PEB Từ đó, số kết luận luận văn rút sau: + Trong toán tối ưu hố khơng xét độ tin cậy, trọng lượng khung thép theo kết luận văn nhỏ kết Công ty PEB cho hai mô hình, cụ thể 6.82% cho mơ hình thứ 9.4% cho mơ hình thứ hai Giá trị biến thiết kế luận văn Công ty PEB xấp xi Điều chứng tỏ kết toán tối ưu hoá dựa độ tin cậy sử dụng giải thuật DE phù hợp đáng tin cậy + Trong toán tối ưu hoá dựa độ tin cậy, tác giả thực với nhiều độ tin cậy khác Kết cho thấy giá trị độ tin cậy tăng giá trị hàm mục tiêu biến thiết kế tăng theo Điều chứng tỏ kết luận văn đáng tin cậy Ngoài ra, kết luận văn cung cấp cho nhà đầu tư giá trị hàm mục tiêu ứng với độ tin cậy khác Nhờ nhà đầu tư lựa chọn cho phương án phù hợp HVTH: Ngơ Thị Hồng Quyên iii Luận văn thạc sĩ: Xây dựng Cơng trình Dân dụng & Cơng nghiệp MỤC LỤC "0/9002 .3 iv DANH MỤC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN vi CHƯƠNG MỞ ĐÀU " " 1.1 Đặt vấn đề 1⁄2 Tổng quan tài liệu giới 1.2.1 Tóm tắt nội dung số báo tối ưu hóa 1.2.2 Nhận xét chung tình hình nghiên cứu t 1.3 _ Tổng quan tài liệu Việt Nam 1.4 Muc tiéu nghién cttu -= 1.5 Cac phuong phap str dung nghién cttu ~ - Phạm vi nghiên cứu ~-~-=~-=-=========z==~=~z~=>==~m=====~~~== 1.6 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUT 2.1 _ Bài tốn tối ưu hóa dựa độ tin cậy khung thép tiền chế - 2.2 Giải thuật tiến hóa khác biệt (Differential Evolution - DE) [9,15,16,20]- 10 2.2.1 Quá trình tạo dân số ban đầu -2-+cecseecccvererrrecee l2 2.2.2 Quá trình đột biến -22-2222zc2CEEzSEExeEEEverrrkrerrrrerrrrrrrrrkrcrr 13 2.2.3 Quá trình tái tỔ hợp 22222cc+2cEC+virtEEEEvvertEErkrkrrrrrrrrrrierrrke 13 2.2.4 Quá trình lựa chọn 243 Giải thuật đánh giá độ tin cậy [3,6,9,13] ~~~-====~~~~======~===== 15 2.4 Giải thuật tối ưu hóa dựa độ tin cậy sử dụng phương pháp vịng lặp đơi DLM (Double — loop Method) [10, 19] 2.5 Phương pháp phần tử hữu hạn cho kết cấu khung phẳng [12]- 2.5.1 Phương pháp phần tử hữu hạn cho dàn phẳng 21 2.5.2 Phương pháp phần tử hữu hạn cho dầm Euler-Bemoulli 2.5.3 Phương pháp phần tử hữu hạn cho khung phẳng CHƯƠNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN HVƯTH : Ngô Thị Hồng Quyên iv kLuận văn thạc sĩ Xây dựng Cơng trình Dân dụng & Cơng nghiệp Téng.quan vé két cfu khung thép tién ché 32 3.1 3.1.1 Cấu tạo kết cấu khung thép tiền chế -cc.ecccccrverrrrrrree 32 3.12 Hình đạng khung thép tiền chế - -s-ec+xv++ecxxserxerrrreerrr 33 3.1.3 Hinh dang mặt cat ngang cét, kéo 3.2 Tiéu chudn thiét ké 3.2.1 Điều kiện biến dạng 3.2/22 Điều kiện cường 3.2.3 Điều kiện độ mảnh 3.2.4 Điều kiện ổn định cục 3.3 Số liệu chung mơ hình tính tốn ~ ~-~-= =-====~=====~¬=~==~~ 37 3.3.1 Liên kết 3.3.2 Tai hệ số tầm quan trọng tải trọng “(ca 3.4 " Mơ hình thứ 3.4.1 Số liệu tính tốn sơ đồ tính 3.4.2 Xác định tải trọng tác dụng lên mơ hình 3.4.3 Thanh lập tốn tối ưu hóa khung thép tiền chế 3.5 Mơ hình thứ hai 3.5.1 Số liệu tính tốn sơ đồ tính -.c vecee+vcrxxvrerrrrrereerrkkr 67 3.5.2 Thanh lập toán tối ưu CHƯƠNG KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIẺN Đố TÀI LIỆU THAM KHẢO "—PHỤ LỤC BẰNG KÍCH THƯỚC CỦA KÉT CẤU THÉP TÁM VÀ BẢNG HE SO CHIEU DÀI TÍNH TỐN CỦA CÁU KIỆN CHIU NEN THEO TIÊU CHUẢN AISC 101 PHU LUC BANG TO HOP TAI TRONG MO HÌNH THỨ NHÁT 102 PHU LUC BANG TO HOP TAI TRONG MO HiNH THU HAIL 103 PHU LUC CODE MO HINH THỨ NHÁT - "¬.,, 4.1 4.2 Bài tốn tối ưu hóa khơng xét độ tin cậy > ~ -~ =~ ~ -~ -= 107 Bài tốn tối ưu hóa dựa độ tin cậy = ~-=-= =~=======z===== 115 PHU LUC CODE MƠ HÌNH THỨ HAI -s°-s