heer BO GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO = ‘= ĐẠIHỌC QUÓC GIA TP.HỎCHÍMINH %& _— TRƯỜNG ĐẠIHỌC BÁCHKHOA - ở NGUYÊN BÁ KHANH THIẾT KE TOI UU KET CẤU KHUNG BE TONG COT THEP CHIU TAC DUNG CUA DONG DAT SU DUNG THUAT GIAI DI TRUYEN Chuyên nghành : Xây Dựng Công Trình Dan Dung Va Công Nghiệp Mã số : 60.20 LUẬN VAN THAC SĨ TP. HO CHI MINH, tháng 06 năm 2015 ag «Ke SS c= ®:i0/9)ie50. 1 TONG QUAN — DAT VAN DE NGHIÊN CỨU. 5-5-5 << sS£E£ 4 EsES£ SE EsESESE4 6 3EsESEEEsEsesesere 5 2.1 NHỮNG YÊU CÂU CƠ BAN VE TÍNH TOÁN [39].2 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHIU UON [39] .- 55c xe se eeesecez 6 2.1 SỰ LAM VIỆC CUA DẬM.- cv vn ng rưyg 6 2.2 TRANG THAI UNG SUAT BIEN DANG CUA TIET DIEN THANG GOC ooeeccccccccccescscecscscscececesessecevecsescscssesessevevsvscasessesesseveveveeseeseeen 6 2.3 TINH TOAN CAU KIEN CHIU UON CO TIET DIEN CHU NHAT THEO CƯỜNG ĐỘ TREN TIẾT DIEN THANG GÓC.3 TÍNH TOÁN CẤU KIEN CHIU NEN [39].1 CHIEU DAI TINH TOÁN.2 TIẾT DIEN oo.3 COT THÉP DOC CHIU LUC .- c6 SE SE seEekeeesees 11 2.4 TINH TOÁN CÂU KIEN CHIU NEN LECH TẦM.4 THIẾT KE KET CÂU BE TONG COT THÉP CHIU DONG DAT THEO TIEU CHUAN VIET NAM TCVN 9386-2012 |40].1 PHAN VUNG GIA TOC NEN DONG ĐẤTT.2 PHO PHAN UNG GIA TOC ĐÀN HỎI.3 PHO THIẾT KE DAN HOL.4 HE SO UNG XU DOI VOI CAC TAC DONG DONG DAT THEO PHUONG NGANG 2 .5 PHAN TÍCH ĐÀN HOI— TUYEN TÍNH THEO TIEU CHUAN VIET NAM 0.6 PHUONG PHAP PHAN TICH TINH LUC NGANG TUONG 2.5 THUẬT GIẢI DI TRUYEN [8] [15 ].1 VI DU BIEN VA HAM CHI PHÍ.2 MA HOA BIEN, ĐỘ CHÍNH XÁC VA BIÊN.3 QUAN THE BAN DAU .4 CHON LOC TU NHIEN .-- - - s11 SE ny na 31 2.5 SU KET DOL ov.6 LAI TAO wooccccccccccscecesesescscesecscsescsssesescsvevscecscessesesvsvevesacseseseseeeens 33 2.- T1 S11 SE S1 11T HT TH T TH TT Hư 37 2.8 THE HE KE TIEP oie.9 SỰ HOI TU voeceecccccccceccssecescssscesvscsccsvseevssecesvsceevevscsvsceavscnevavseeevecees Al ®;:i0/9)ieE.
42 THIẾT LẬP BÀI TOÁN TOI UU CHO KHUNG .--5-5-5-5-<2 42 BE TONG COT THÉP [1] [16] [23].1 HAM MỤC TIỂU. it x33 18 5193 5111 11 HE ng nưyg 42 3.2 HAM RÀNG BUỘC .--L- t St S1 ST 11T S11 T HT TT ngư: 43 3.3 CHUYEN DOI THÀNH BÀI TOÁN TOI UU KHÔNG RÀNG BUỘC 46 9:1019) 00 1.1 KHUNG BE TONG COT THÉP 3 NHỊP & 3 TANG .1 KHAO SAT BÀI TOÁN VỚI SỰ THAY DOI VE TỶ LỆ LAI TẠO ¬ 51 4.2 KHẢO SÁT BÀI TOÁN VỚI SỰ THAY DOI VỀ KÍCH THƯỚC QUAN THE 2.3 KHAO SAT BÀI TOÁN VỚI SỰ THAY DOI VE HAM TỶ LỆ TƯƠNG THICH.4 KHẢO SÁT BÀI TOÁN VỚI SỰ THAY ĐÔI VE HAM CHỌN 4.5 KHẢO SÁT BÀI TOÁN VỚI SỰ THAY DOI VE THONG SO 05.6 KHAO SÁT BÀI TOÁN VỚI SỰ THAY DOI VỀ SO CÁ THE TINH CHỌN.7SO SANH KET QUA TOI UU VỚI NGHIÊN CUU ĐÃ ĐƯỢC (LO) (Cm 51 0 TT SHn TH T 1T HT TT HH TH TH TH TT Hà TH TH TH Ho 63 4.2 KHUNG BE TONG COT THÉP 3 NHỊP & 6 TANG .1 KHAO SAT BÀI TOÁN VỚI SU THAY DOI VỀ KÍCH THƯỚC QUAN THE 2.2 KHẢO SÁT BÀI TOÁN VỚI SỰ THAY DOI VE THONG SO PHẠT.3 KHẢO SÁT BÀI TOÁN VỚI SU THAY DOI VE SO CÁ THE TINH CHỌN.4 SO SANH KET QUA TOI UU VỚI NGHIÊN CỨU ĐÃ ĐƯỢC CONG BO 1.3 KHUNG BE TONG COT THÉP 3 NHỊP & 15 TANG .1 KHAO SAT BÀI TOÁN VỚI THIET KE TOI ƯU.2 KHAO SAT BAI TOÁN VỚI THIET KE THONG THƯỜNG.3 SO SÁNH THIET KE TOI UU VỚI THIET KE THONG THUONG seceuescusvseesvscescsescsesesacsevseuevseesvseeacseacssvseavssesvsseacaceseesscesvseeavaeeateataceataees 103 0009) i0”. 105 KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ,. 5-5-5 se ssesee 105 TÀI LIEU THAM KHẢOO.
5-5 << <9 S94 S9 9 9v 90 30 9 99 85 029852950 110 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS. Bùi Công Thanh CHUONG 1 TONG QUAN - DAT VAN DE NGHIÊN CUU Bê tông cốt thép là một trong những vật liệu chủ yếu dùng trong xây dung các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông và thủy lợi. Với những ưu điểm nổi bật như kha năng chịu lực lớn, dễ tạo dáng theo yêu cầu kiến trúc, chịu lửa tốt, sử dụng vật liệu địa phương (cát, đá, xi măng. ) nên phạm vi ứng dung của vật liệu này ngày càng rộng rãi.
Khi thiết kế kết kêu cau bê tông cốt thép thường can phải chú ý đến bốn vấn dé: e Thỏa mãn các yêu câu về mặt kiến trúc. e Đảm bảo độ bên vững can thiết. e Tiết kiệm nguyên vật liệu và công chế tạo. e Phu hợp với trình độ và kỹ thuật thi công.
Thông thường, mâu thuẫn nảy sinh giữa yêu cầu bên vững và tiết kiệm nguyên vật liệu. Giải quyết tốt mâu thuẫn này là nhiệm vụ của bài toán tôi ưu. Kết cau được gọi là hợp lý bao gồm hai yếu tố: Giải pháp kết cau hợp lý và tiết diện hop lý. Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép thông thường theo trình tự sau: e Chọn trước kích thước tiết diện kết câu theo cảm tính hoặc kinh nghiệm kết hợp với các yêu câu về kiến trúc.
e© Sử dụng các phan mềm kết cấu chuyện biệt hoặc dùng các phương pháp co học kết cầu dé tính toán nội lực trong giai đoạn đàn hồi. e Tính toán & kiểm tra cốt thép theo các trạng thái giới hạn. e Bồ trí và kiểm tra các điều kiện về cau tạo. e Khi không thỏa mãn các điều kiện yêu cau thì chọn lại kích thước tiết diện và tính toán lại theo trình tự như trên.
Với cách thức thiết kế kết cau thông thường, có thé gặp những khó khăn nhất định: e Phụ thuộc vào kỹ năng và kinh nghiệm của người thiết kế. e_ Đối với kết cau phức tạp thì quá trình Phân Tích - Thiết Kế - Phân Tích thường tốn rất nhiều thời gian. e Vấn dé tôi ưu hóa về mặt chi phí xây dựng khó có thé đạt được. HVTH: Nguyễn Bá Khanh Page | MSHV: 12214060 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.
Bùi Công Thanh —> Trong những năm gan day, van dé thiết kế tối ưu kết cấu các công trình dân dụng và công nghiệp có vai trò và ý nghĩa quan trọng, nhằm mục đích xác định kích thước hợp lý của kết cấu dựa trên cơ sở đảm bao đủ bền với trọng lượng nhỏ nhất, tương ứng với chi phí vật liệu là thấp nhất, không chỉ cho phép giảm chi phí xây dựng mà còn ảnh hưởng tốt đến các tinh năng của công trình thiết Thực tế cho thấy, bài toán tối ưu kết cấu (đặc biệt là tối ưu kết cau chịu tác dụng của tải trọng động) mặc dù xuất hiện từ lâu và được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Nhưng trong lĩnh vực thiết kế kết cấu công trình dân dụng ở nước ta vẫn chưa được nghiên cứu sâu và vẫn còn nhiều mặt hạn chế, chưa thé áp dụng vào thực tiễn. Tối ưu là quá trình tạo ra một cái gì đó tốt hơn. Mục tiêu của thiết kế tối ưu là tìm kiếm các tham số để cực tiêu hóa hàm mục tiêu với các ràng buộc về ung xử.
Không giống như kết cau thép, kết cau bê tông cốt thép với sự hiện diện của các vật liệu khác nhau, với nhiều tham số như: Bê tong, cét thép, ván khuôn. Mỗi tham số đều ảnh hưởng đến kích thước cấu kiện. Bài toán tối ưu kết cấu, có thể được định nghia boi mô hình toán như sau: Z=F({X})—> min g ({X})<0, vớij = I,.k Trong đó, {X} , vector của biến thiết kế như: Vật liệu, dang hình học, các kích thước của tiết diện; g, ({X}) <0 va h, ({X}) =0 lần lượt là các rang buộc dang bat đăng thức và dang thức; m,k lần lượt là số ràng buộc bat đăng thức và dang thức; Z= F({X}) là hàm mục tiêu, có thé là trọng lượng, giá thành của kết cau hoặc một đại lượng đặc trưng nào đó của kết câu. Mục tiêu của bài toán tối ưu là tìm kiếm giá trị của các biến thiết kế trong không gian thiết kế sao cho cực tiểu hóa hàm mục tiêu Z.
Với bài toán tối ưu kết câu, về mặt toán học biến thiết kế thường là những biến liên tục, biến rời rac, biến nguyên. HVTH: Nguyễn Bá Khanh Page 2 MSHV: 12214060 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS. Bùi Công Thanh Trong hai thập ki qua, nhiều thuật giải tối ưu đã được phát triển cho thiết kế tối ưu kết cấu thép. Một số thuật giải này cũng được sử dụng cho kết cấu bê tông cốt thép.
Với kết cấu thép, Fuat Erbatur và các cộng sự [6] sử dụng thuật giải di truyền thiết kế tối ưu khung phang và khung không gian bằng thép. Mohsen KARGAHI và James C. ANDERSON [17] sử dụng phương pháp “Tabu Search” thiết kế tối ưu kết cấu thép chịu động đất, với kết quả thu được là làm giảm 18.3% trọng lượng khung thép 5 nhịp 9 tang. Với kết cau bê tông cốt thép, Adamu và các cộng sự [3] sử dụng điều kiện tối ưu liên tục để cực tiêu hóa chi phí dam bê tông cốt thép.
Fadaee và Grierson [4] tối ưu hóa chí phí kết câu không gian sử dụng điều kiện tối ưu. Rajeev và Krishnamoorthy [5] áp dụng thuật giải di truyền đơn (SGA) để tối ưu hóa chỉ phí khung 2D. Zou XK [9], trong luận văn tiến sĩ của mình đã nghiên cứu thiết kế tối ưu công trình bê tông cốt thép chịu tác dụng của động đất, sử dụng phương pháp phân tích phi tuyến day dan, với mục tiêu kiểm soát độ trôi dạt giữa các tang. Ferreira và các cộng sự [10] đã thiết kế tối ưu tiết diện bê tông cốt thép chữ T chịu uốn.
Camp và các cộng sự [11] sử dụng thuật giải di truyện thiết kế tới ưu khung bê tông cốt thép chịu uốn có kế đến lực động đất đối với khung 2 nhịp 6 tang. Ahn [12] sử dụng thuật giải di truyén thiết kế tối ưu khung bê tông cốt thép chịu uốn. Chan [18], đã áp dụng phương pháp phân tích phi tuyến đây dan dé thiết kế tối ưu công tình bê tông cốt thép chịu tác dụng của động đất, với kết quả thu được khá tốt. Sabzi [36] sử dụng thuật giải big bang - big crunch thiết kế tối ưu khung bê tông cốt thép có kế đến tác động của động đất đối với khung 3 nhịp 3 tang, khung 3 nhịp 6 tầng và khung 3 nhịp 9 tầng, với kết quả thu được khá tốt và nhanh chóng, bên cạnh đó thuật giải Gas cũng được áp dung dé so sánh.
Hiện nay cùng với sự ứng dụng và phát triển của các phương pháp tối ưu trên nhiều lĩnh vực, ở Việt Nam cũng đang từng bước nghiên cứu và ứng dụng. Tuy nhiên, trong lĩnh vực xây dựng và nhất là kết cau công trình, còn dang trong giai đoạn sơ khai.