STT Nhịp khung (m) Bước khung (m) Chiều cao (m) Tỉnh tải (kN/m2) Hoạt tải (kN/m2)
Tiết diện Khối
lượng (kg)
1,8 2,7 3,6 4,5
1 30 8 6 0,55 0,6 I(356-859)x216x8x13 I(859-463)x290x13x13 I463x236x12x14 I463x236x12x14 4182 2 30 8 7,5 0,55 0,6 I(305-897)x296x8x11 I(897-483)x245x13x14 I483x299x13x14 I(483-878)x299x12x14 4840 3 30 8 8 0,55 0,6 I(350-872)x285x10x12 I(872-475)x200x13x13 I475x236x14x14 I(475-871)x236x12x14 5110 4 30 10 6 0,55 0,6 I(360-900)x296x8x12 I(900-522)x220x8x14 I522x220x14x14 I522x220x14x14 4991 5 30 10 7,5 0,55 0,6 I(303-887)x269x14x14 I(887-453)x260x14x14 I453x283x14x14 I(453-875)x283x12x14 6020 6 30 10 8 0,55 0,6 I(305-930)x280x14x15 I(930-468)x270x14x15 I468x285x14x14 I(468-900)x285x13x14 6340 7 30 12 6 0,55 0,6 I(348-958)x265x16x16 I(958-552)x265x15x15 I552x265x14x15 I(552-920)x265x14x15 6723 8 30 12 7,5 0,55 0,6 I(350-998)x285x16x16 I(998-556)x275x15x17 I556x275x14x16 I(556-932)x275x14x16 7124 9 30 12 8 0,55 0,6 I(357-1020)x280x16x16 I(1020-560)x285x15x17 I560x285x15x17 I(560-950)x285x15x16 7244 10 35 8 6 0,55 0,6 I(327-937)x258x13x15 I(937-446)x263x12x15 I446x270x12x16 I(446-525)x270x12x16 6154 11 35 8 7,5 0,55 0,6 I(363-999)x259x14x15 I(999-493)x262x16x16 I493x244x16x16 I(493-587)x244x16x16 6930 12 35 8 8 0,55 0,6 I(354-979)x280x16x16 I(979-492)x258x16x16 I492x222x14x16 I(492-909)x222x13x14 6911 13 35 10 6 0,55 0,6 I(307-957)x288x14x14 I(957-444)x263x15x16 I444x272x16x16 I(444-568)x272x16x16 7330 14 35 10 7,5 0,55 0,6 I(554-999)x287x14x16 I(999-511)x272x14x16 I511x272x14x16 I(511-947)x272x14x16 7778 15 35 10 8 0,55 0,6 I(343-977)x246x16x16 I(977-488)x253x16x16 I488x296x14x16 I(488-965)x296x16x16 7865 16 35 12 6 0,55 0,6 I(433-1182)x249x14x14 I(1182-454)x278x12x13 I454x232x13x14 I(454-1181)x232x12x14 7453 17 35 12 7,5 0,55 0,6 I(338-1181)x245x15x15 I(1181-480)x245x14x14 I480x345x13x14 I(480-986)x345x14x14 8263
56 STT Nhịp khung (m) Bước khung (m) Chiều cao (m) Tỉnh tải (kN/m2) Hoạt tải (kN/m2)
Tiết diện Khối
lượng (kg)
1,8 2,7 3,6 4,5
18 35 12 8 0,55 0,6 I(316-996)x294x16x16 I(996-382)x276x16x16 I382x287x11x16 I(382-905)x287x10x16 8908 19 40 8 6 0,55 0,6 I(357-1081)x226x15x15 I(1081-485)x226x13x16 I485x226x13x16 I(485-606)x226x13x16 7642 20 40 8 7,5 0,55 0,6 I(329-1162)x340x15x17 I(1162-513)x371x14x14 I513x371x14x14 I(513-910)x371x14x16 8175 21 40 8 8 0,55 0,6 I(329-1272)x330x15x17 I(1272-500)x320x14x14 I500x320x14x14 I(500-924)x320x14x16 8675 22 40 10 6 0,55 0,6 I(302-1149)x369x12x13 I(1149-461)x303x17x17 I461x299x13x14 I(461-1206)x299x13x14 8518 23 40 10 7,5 0,55 0,6 I(391-1343)x247x13x14 I(1343-497)x305x18x18 I497x280x14x14 I(497-1090)x280x14x14 8528 24 40 10 8 0,55 0,6 I(399-1397)x210x17x18 I(1397-496)x255x13x16 I496x255x14x17 I(496-1092)x255x14x17 9057 25 40 12 6 0,55 0,6 I(309-1434)x259x15x17 I(1434-444)x351x15x17 I444x268x12x13 I(444-470)x268x12x13 8633 26 40 12 7,5 0,55 0,6 I(371-1411)x359x13x14 I(1411-457)x372x13x16 I457x339x12x12 I(457-1235)x339x12x12 9553 27 40 12 8 0,55 0,6 I(401-1436)x243x17x17 I(1436-482)x316x13x14 I482x314x14x15 I(482-1256)x314x14x15 10285 28 45 8 6 0,55 0,6 I(413-1164)x307x15x17 I(1164-530)x344x15x15 I530x228x14x15 I(530-973)x228x14x15 8875 29 45 8 7,5 0,55 0,6 I(348-1357)x382x15x15 I(1357-544)x311x16x19 I544x217x15x19 I(544-689)x217x15x19 10284 30 45 8 8 0,55 0,6 I(509-1373)x281x18x19 I(1373-549)x370x19x19 I549x282x15x15 I(549-581)x282x15x15 11077 31 45 10 6 0,55 0,6 I(310-1332)x380x13x18 I(1332-519)x244x16x17 I519x268x15x18 I(519-651)x268x18x18 10811 32 45 10 7,5 0,55 0,6 I(344-1424)x284x15x18 I(1424-509)x229x19x20 I509x314x14x17 I(509-1116)x314x15x17 11402 33 45 10 8 0,55 0,6 I(350-1464)x273x14x16 I(1464-592)x326x18x18 I592x373x17x18 I(592-598)x373x17x18 12427 34 45 12 6 0,55 0,6 I(328-1411)x305x16x18 I(1411-502)x369x18x18 I502x282x15x17 I(502-594)x282x16x17 12280 35 45 12 7,5 0,55 0,6 I(584-1500)x307x14x18 I(1500-539)x272x16x20 I539x306x14x20 I(539-737)x306x20x20 13014 36 45 12 8 0,55 0,6 I(344-1379)x283x19x20 I(1379-489)x382x19x20 I489x307x14x20 I(489-880)x307x17x20 13827
57 STT Nhịp khung (m) Bước khung (m) Chiều cao (m) Tỉnh tải (kN/m2) Hoạt tải (kN/m2)
Tiết diện Khối
lượng (kg)
1,8 2,7 3,6 4,5
37 50 8 6 0,55 0,6 I(581-1490)x232x15x19 I(1490-578)x312x15x18 I578x328x16x16 I578x328x16x16 11673 38 50 8 7,5 0,55 0,6 I(479-1456)x301x18x19 I(1456-615)x348x16x18 I615x226x17x17 I(615-1146)x226x17x17 12251 39 50 8 8 0,55 0,6 I(480-1481)x394x18x19 I(1481-653)x287x15x18 I653x287x18x18 I(653-1150)x287x18x18 13323 40 50 10 6 0,55 0,6 I(432-1438)x362x14x18 I(1438-564)x336x15x20 I564x297x15x16 I(564-678)x297x15x16 12630 41 50 10 7,5 0,55 0,6 I(490-1474)x320x15x19 I(1474-529)x325x16x20 I529x325x16x20 I(529-927)x325x16x20 13882 42 50 10 8 0,55 0,6 I(339-1404)x360x18x19 I(1404-616)x349x19x19 I616x279x16x17 I(616-1330)x279x16x17 14236 43 50 12 6 0,55 0,6 I(386-1368)x324x17x17 I(1368-577)x309x17x20 I577x309x15x15 I(577-1338)x309x15x15 13545 44 50 12 7,5 0,55 0,6 I(353-1412)x290x16x18 I(1412-721)x274x16x19 I721x367x14x19 I(721-1309)x367x14x19 14629 45 50 12 8 0,55 0,6 I(549-1376)x360x17x20 I(1376-727)x352x14x16 I727x272x19x19 I(727-1237)x272x19x19 15716 46 35 8 6 0,15 0,3 I(253-907)x240x7x14 I(907-314)x185x12x13 I314x176x11x14 I(314-500)x176x12x14 4105 47 35 8 7,5 0,15 0,3 I(263-914)x261x9x14 I(914-369)x227x10x10 I369x224x11x12 I(369-600)x224x11x12 4558 48 35 10 6 0,15 0,3 I(264-836)x293x12x13 I(836-450)x185x13x13 I450x185x12x12 I(450-610)x185x12x12 4877 49 35 10 7,5 0,15 0,3 I(322-920)x286x14x14 I(920-380)x234x10x14 I380x279x10x14 I(380-858)x279x10x14 5651 50 35 12 6 0,15 0,3 I(293-900)x254x13x14 I(900-465)x296x11x14 I465x283x12x13 I(465-860)x283x12x13 6053 51 35 12 7,5 0,15 0,3 I(293-950)x276x14x16 I(950-393)x241x14x16 I393x241x14x16 I(393-889)x241x14x16 6690 52 40 8 6 0,15 0,3 I(318-813)x254x14x14 I(813-386)x294x13x14 I386x251x11x12 I(386-800)x251x11x12 5707 53 40 8 7,5 0,15 0,3 I(253-972)x211x14x15 I(972-381)x240x14x16 I381x240x14x15 I(381-830)x240x13x15 6215 54 40 10 6 0,15 0,3 I(278-949)x268x10x15 I(949-382)x245x14x15 I382x213x13x14 I(382-820)x213x13x14 6207 55 40 10 7,5 0,15 0,3 I(339-921)x200x14x15 I(921-500)x251x12x16 I500x251x12x16 I(500-900)x251x14x16 6642
58 STT Nhịp khung (m) Bước khung (m) Chiều cao (m) Tỉnh tải (kN/m2) Hoạt tải (kN/m2)
Tiết diện Khối
lượng (kg)
1,8 2,7 3,6 4,5
56 40 12 6 0,15 0,3 I(279-956)x229x12x16 I(956-488)x229x14x16 I488x229x14x16 I(488-870x229x14x16 6682 57 40 12 7,5 0,15 0,3 I(280-960)x261x13x16 I(960-536)x235x13x16 I536x235x16x16 I(536-873)x235x15x16 7019 58 45 8 6 0,15 0,3 I(291-977)x297x15x15 I(977-431)x262x14x15 I431x262x14x14 I(431-880)x262x14x14 6972 59 45 8 7,5 0,15 0,3 I(305-1114)x292x16x16 I(1114-376)x299x15x16 I376x260x12x16 I(376-890x260x14x16 7432 60 45 10 6 0,15 0,3 I(300-1095)x292x13x16 I(1095-422)x251x15x16 I422x251x12x14 I(422-900)x251x14x16 7423 61 45 10 7,5 0,15 0,3 I(271-1127)x200x16x16 I(1127-422)x225x16x16 I422x225x12x14 I(422-990)x225x14x14 7802 62 45 12 6 0,15 0,3 I(300-1037)x250x13x14 I(1037-457)x265x16x16 I457x265x12x14 I(457-949)x265x14x14 7896 63 45 12 7,5 0,15 0,3 I(300-1154)x232x16x16 I(1154-381)x224x16x16 I381x224x12x16 I(381-839)x224x16x16 8995 64 50 8 6 0,15 0,3 I(320-1271)x246x13x14 I(1271-454)x334x13x15 I454x273x13x15 I(454-840)x273x14x15 8136 65 50 8 7,5 0,15 0,3 I(350-1377)x240x14x15 I(1377-490)x259x14x15 I490x250x14x16 I(490-850)x250x16x16 8522 66 50 10 6 0,15 0,3 I(369-1357)x240x14x15 I(1357-457)x300x14x15 I457x260x15x16 I(457-900)x260x15x16 9076 67 50 10 7,5 0,15 0,3 I(388-1175)x321x15x15 I(1175-529)x289x15x15 I529x289x15x16 I(529-910)x289x15x16 9624 68 50 12 6 0,15 0,3 I(406-1374)x286x15x15 I(1374-484)x300x15x15 I484x300x15x16 I(484-920)x300x16x16 9888 69 50 12 7,5 0,15 0,3 I(412-1384)x300x15x16 I(1384-479)x329x15x16 I479x325x15x16 I(479-980)x325x16x16 11704
59
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 6.1. Kết luận. 6.1. Kết luận.
Một phương pháp tối ưu hóa kết cấu sử dụng thuật giải di truyền đã được phát triển để tự động thiết kế tối ưu khung thép nhà công nghiệp theo tiêu chuẩn Eurocode 3. Dữ liệu đầu vào được người sử dụng khai báo bao gồm: đặc trưng của vật liệu, tọa độ nút khung, hệ giằng, điều kiện biên và tải trọng. Sau khi kết thúc q trình tính tốn, chương trình sẽ đưa ra kết quả tối ưu. Kết quả tính tốn sẽ được kiểm tra và so sánh với những nghiên cứu trước đó. Các kết quả mà nghiên đã đạt được như sau:
GA là một thuật toán với cơ chế ngẫu nhiên với bộ thông số cơ bản liên quan bao gồm: quy mô dân số (PopulationSize), tỷ lệ đột biến (MutationFcn), tỷ lệ lai ghép (CrossoverFcn), giá trị hàm phạt P. Để tăng khả năng hội tụ của GA, tác giả đã tiến hành khảo sát sự liên quan của bộ thông số cơ bản của GA với khả năng hội tụ của GA nhằm tạo cho GA hội tụ tốt nhất và kết quả tính tốn tối ưu. Q trình khảo sát này được thực hiện chi tiết trong mục 4.6. Kết quả bộ thông số được chọn bao gồm: tỷ lệ lai ghép CrossoverFcn= 80%, tỷ lệ đột biến MutationFcn = 0.2%, quy mô dân số PopulationSize = 200 và
giá trị hàm phạt P = 50 kg.
Tính tốn tối ưu trọng lượng khung thép nhà công nghiệp bằng thuật giải di truyền GA với bộ thông số đã khảo sát. Đồng thời, tiến hành kiểm tra kết quả bằng phần mềm ứng dụng Sap2000. Theo đó, phương pháp của tác giả đưa ra tiết kiệm khoảng 5% trọng lượng khung thép so với thiết kế ban đầu mà nghiên cứu trước đã công bố.
Sử dụng thuật tốn để tính tốn và khảo sát một số bài tốn cụ thể nhằm mục đích khuyến cáo các kỹ sư thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng chọn chiều dài nách khung bằng 15% nhịp khung và bước khung 7,5m để tối ưu nhất khối lượng khung. Đồng thời, đưa ra bảng tra để kỹ sư thiết có thể chọn sơ bộ tiết diện và khối lượng khung thép nhà công nghiệp.
60
Thuật toán di truyền được viết trong luận văn này có khả năng tự động thiết kế khung thép nhà cơng nghiệp. Với thuật tốn này, nó có thể được xem như một cơng cụ thiết kế, hoặc sử dụng như một lộ trình cho các nghiên cứu trong tương lai.
6.2. Kiến nghị và hướng nghiên cứu tương lai
Trong nghiên cứu này, để đơn giản trong q trình tính tốn tác giả khơng xét đến tiết diện loại 4. Vì vậy, có thể phát triển thuật tốn tối ưu hơn khi kể đến tiết diện loại 4.
Hàm mục tiêu chỉ là trọng lượng kết cấu khung, chưa kể đến chi phí bao gồm như: sản xuất, nhân cơng, lắp dựng. Do đó, bài tốn tối ưu đa mục tiêu cần được phát triển để có kết quả tốt hơn.
Phân tích khung phẳng 2D, chưa xét đến sự làm việc không gian của hệ thống khung thép nhà công nghiệp. Do vậy, việc phát triển thuật tốn khi kể đến sự làm việc khơng gian của khung thép sẽ mang lại hiệu quả.
Những ràng buộc trong bài toán theo tiêu chuẩn Eurocode 3. Do đó, có thể phát triển thêm một số tiêu chuẩn khác như: AISC hoặc TCVN.
61
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Ross McKinstray, James B.P. Lim, Tiku T. Tanyimboh, Duoc T. Phan, Wei Sha: Optimal design of long-span steel portal frame using fabricated beams,
2014.
[2]. A. Kaveh and M.s Massoudi (2012) Cost optimazation of a composite floor system using ant colony system. IJST, Transactions of Civil Engineering, Vol.
36, No. C2, pp 139-148.
[3]. Koumousis, V. K., and Georgiou, P. G. (1994). Genetic Algorithms in Discrete Optimization of Steel Truss Roofs. Journal of Computing in Civil Engineering, Vol. 8, No. 3, 309-325.
[4]. Ghassan Numan, Design and optimization of steel portal frames according to Eurocode using genetic algorithm. 2012.
[5]. Huang, M. W., and Arora, J. S. (1995). “Optimal Design of Steel Structures
Using Standard Sections.” Structural Optimization, 14, 24-35.
[6]. Bhatti MA. Optimum cost design of partially composite steel beam using LRFD. AISC Eng J 1996(1st Qtr):18–29.
[7]. S.N.R. Shah, Muhammad Aslam, N H R Sulong: Geometrically Optimum Design of steel portal frames, Vol. 21, No. IV, 2016.
[8]. Long W, Troitsky MS, Zielinski ZA. Optimum design of cable stayed bridges. Struct Eng Mech 1999;7(3):241–57.
[9]. Kravanja S, Šilih S. Optimization based comparison between composite I beams and composite trusses. J Construct Steel Res 2003;59(5):609–25.
[10]. Petr Hradil, Matti Mielonen and Ludovic Fülöp. Advanced design and optimization of steel portal. Rakenteiden Mekaniikka, Vol. 43, No 1, 2010, pp. 44-60.
[11]. 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; 1999. p. 623–6. [12]. Adeli, H. & Kim, H. (2001). Cost optimization of composite beams using the
62
[13]. Senouci, A. B. & Al-Ansari, M. S. (2009). Cost optimization of composite beams using genetic algorithms. Adv. Eng. Softw. , Vol. 40, pp, 1112–1118.
[14]. 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.
[15]. Vũ Anh Tuấn, Nguyễn Quốc Cường. Thiết kế tối ưu kết cấu thép bằng thuật tốn tiến hóa. Tạp chí khoa học cơng nghệ xây dựng, số 4-2007, 111-118, 2007.
[16]. Bùi Hoàng Giang, Nguyễn Hữu Lộc. Tối ưu hóa kiểu dáng kết cấu theo
phương pháp mật độ và phương pháp tiến hóa. Tạp chí phát triển KH&CN,tập
11 số 3-2008, 58-68, 2008.
[17]. Nguyễn Trọng Hà. Một phương pháp thiết kế kết cấu dàn hợp lý theo độ tin cậy cho trước và ràng buộc các chỉ tiêu kinh tế. Tạp chí KHCN Xây dựng - số4/2014.
[18]. Phạm Hoàng Anh. Tối ưu trọng lượng kết cấu thép dàn với biến thiết kế rời rạc bằng thuật giải thụ phấn hoa. Trường Đại Học Xây Dựng.
[19]. Thái Bình Quốc. Tối ưu hóa kết cấu dàn với biến diện tích rời rạc sử dụng phương pháp DE cải tiến. Luận văn thạc sỹ, Trường ĐH Công nghệ TP.HCM,
2015.
[20]. Lê Trung Kiên. Tính tốn tối ưu dàn phẳng sử dụng giải thuật di truyền. Luận
văn thạc sỹ, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM, 2000.
[21]. Vũ Cơng Hịa. Tối ưu hóa kết cấu bằng chương trình Truss Analysis. Hội nghị
Cơ học tồn quốc lần thứ 9, Hà Nội, 8-9/12/2012.
[22]. Huỳnh Thanh Phương. Tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy kết cấu dàn. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Mở TP HCM, 2013.
[23]. Le Anh Linh, Ho Huu Vinh, Huynh Thanh Phuong, Nguyễn Thời Trung. Truss optimization using improved (μ λ) - constrained differential evolution.
Hội nghị Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XI, Thành phố Hồ Chí Minh,7- 9/11/2013.
[24]. Lê Quang Vinh. Tối ưu hóa vị trí và kích thước kết cấu dàn giải thuật tiến hóa DE cải tiến. Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Mở TPHCM, 2014.
63
[25]. Nguyễn Thị Thanh Trúc. Tối ưu hóa kết cấu dàn chịu ràng buộc tần số dao động tự do sử dụng giải thuật tiến hóa DE. Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học
Công Nghệ TPHCM, 2014.
[26]. Bùi Công Thành, Trương Tuấn Hiệp. Tối ưu vị tướng của kết cấu dàn phẳng sử dụng thuật giải mô phỏng luyện kim. Tạp chí phát triển KH&CN, 11(5),
(2008), 67-77.
[27]. Đặng Văn Lý . Thiết kế tối ưu kết cấu liên hợp thép bê tơng sử dụng thuật tốn di truyền. Luận văn thạc sỹ, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2016. [28]. Holland, J.H. (1975) Adaptation in Natural and Artificial Systems, University
of Michigan Press, Ann Arbor, MI.
[29]. Etzkorn, B., 2011. Non-Linear Optimization Using Palisade’s Evolver.
[30]. Deb, K. Genetic Algorithm in Search and Optimization: The Technique
andApplications, 1997.
[31]. Sivanandam, S. N. & Deepa, S. N. Introduction to Genetic Algorithms. Berlin, Springer, 2008.
[32]. Salter PR, Malik AS, King CM. Design of single-span steel portal frame to BS
5950-1:2000. SCI publication P252. Ascot: The Steel Construction Institute,
2004.
[33]. Austrell, P.-E.et al., 2004. CALFEM: A Finite Element Toolbox. Lund
University.
[34]. CEN, 2005. European Committee For Standardisation. Eurocode 3: Design of
steel structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings.
[35]. Tata Steel. Steel building design: Design data, in accordance with Eurocodes
and the UK national annexes, 2013.
[36]. Tata Steel. Elastic Design of Single-Span Steel Portal Frame Buildings to Eurocode 3. SCI publication P397, 2012.
[37]. MathWorks, 2014. Global Optimization Toolbox Software Version 3.2 (R2014a).
64
[39]. Đoàn Định Kiến (2012): Thết kế kết cấu thép theo tiêu chuẩn Anh BS 5950: Part 1:2000, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.
[40]. Lê Xuân Huỳnh. Tính toán kết cấu theo lý thuyết tối ưu. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nôi, 2006.
[41]. Phạm Minh Hà. Thiết kế khung thép nhà công nghiệp, một tầng, một nhịp. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nôi, 2010.
65
THIẾT KẾ TỐI ƯU KHUNG THÉP NHÀ CƠNG NGHIỆP SỬ DỤNG THUẬT TỐN DI TRUYỀN
DESIGN OPTIMIZATION OF AN INDUSTRIAL STRUCTURE FROM STEEL PORTAL FRAME USING GENETIC ALGORTHM
(1)
Bùi Thanh Thắng, (2)TS. Lê Anh Thắng
(1)
Học viên cao học Trường đại học SPKT TP. HCM, (2) Đại học SPKT TP. HCM
TĨM TẮT
Trong việc thiết kế kết cấu nói chung và kết cấu thép nhà cơng nghiệp nói riêng, đa số các kỹ sư thiết kế sử dụng phương pháp đúng dần với các thông số cần thiết kế. Các thông số này thường được chọn theo kinh nghiệm của kỹ sư thiết kế. Do đó, phương án đưa ra trọng lượng lượng kết cấu có thể chưa tối ưu nhất.
Để hạn chế vấn đề trên, một phương pháp thiết kế tối ưu kết cấu khung thép nhà công nghiệp dựa trên hàm mục tiêu về trọng lượng kết cấu sử dụng thuật toán di truyền với sự hỗ trợ của phần mềm Matlab được đề cập trong nghiên cứu này. Dữ liệu đầu vào bao gồm: vật liệu, tọa độ nút khung, điều kiện biên, tải trọng và hệ giằng. Kết quả tính tốn là kích thước mặt cắt tiết diện và trọng lượng khung thép tối ưu đảm bảo các điều kiện ràng buộc theo tiêu chuẩn Eurocode 3.
Từ khóa: tối ưu hóa, khung thép nhà cơng nghiêp, thuật tốn di truyền.
ABSTRACT
In the general structural design and industrial structural steel, the majority of designer use the correct method should graduallywith the design parameters. These parameters are usually chosen on experience of designer. Therefore, the proposed weights structure may not be optimal.
To limit this problem, a method of design optimization industrial structural steelbased on objective of weight using genetic algorithms with the assistance of Matlab software mentioned in this thesis. Input data including:material, frame coordinates, support type, load and bracing. Calculated results are the optimum cross-sectional dimension and the optimum frame weight to ensure constraints of the Eurocode 3 standard.
Key words: optimization, steel portal frame, genetic algorithm.
1. Giới thiệu
Bài toán thiết kế tối ưu kết cấu là một trong những bài toán thiết kế phổ biến nhất và đã được nghiên cứu nhiều phương pháp tối ưu. Bài toán đạt mục tiêu dựa trên cở sở tối thiểu trọng lượng hoặc chi phí với những ràng buộc cho phép. Trong những năm trở lại đây, cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính điện tử, phương pháp tối ưu hóa kết cấu xây dựng được nghiên cứu rộng rãi trên tồn thế giới. Có thể kể đến những phương
66
pháp tối ưu hiện đại như: thuật gải di truyền (GA), thuật giải tối ưu bầy đàn (PSO), thuật giải tiến hóa (EA), thuật giải đàn kiến (ACO), thuật giải luyện thép (SA). Các phương pháp này đều tìm kiếm ngẫu nhiên theo các hiện tượng tự nhiên và nhân tạo.
Ở nước ta, việc tiếp cận các phương pháp tối ưu hiện đại cũng được nhiều tác giả nghiên cứu trong những năm gần đây. Phạm Hoàng Anh [1] sử dụng thuật toán thụ phấn hoa (FPA) để tối ưu trọng lượng kết cấu dàn không gian với biến thiết kế rời rạc với ràng buộc về ứng xuất và chuyển vị. Phạm Huy Cương và Lê Xuân Huỳnh [2] sử dụng thuật giải di truyền (GA) để tối ưu trọng lượng kết cấu dàn không gian với ràng buộc về bền, ổn định và chuyển vị. Bùi Công Thành và Trương Tuấn Hiệp [3] thực hiện tối ưu hóa cấu trúc hệ dàn phẳng bằng thuật giải mô phỏng luyện kim (SA). Bùi Hoàng Giang và Nguyễn Hữu Lộc [4] sử dụng phương pháp mật độ và phương pháp tiến hóa để tối ưu hình dáng kết cấu. Qua đó cho thấy, các phương pháp tối ưu hiện đại ngày càng được quan tâm.
Trong các phương pháp tối ưu mơ phỏng q trình tự nhiên, thuật giải di truyền (GA) là một trong những thuật giải phổ biến nhất và được nhiều tác giả áp dụng cho rất nhiều bài toán phức tạp khác nhau. Ưu điểm của GA là tối ưu kết cấu với số biến thiết kế lớn, tìm kiếm trong khơng gian rộng lớn với nhiều phương án. Có thể thấy rằng giải thuật di truyền (GA) là một trong những phương pháp tối ưu đầy triển vọng trong lĩnh vực thiết kế kết cấu