Thiết kế tối ưu cống tròn

Thiết kế tối ưu cống tròn

Bài tập lớn Thiết kế Tối u Hồ Anh Cơng, Cao học XDCT Khoá 101trờng đại học giao thông vận tảikhoa sau đại họcbài tập lớnthiết kế tối u và sáng chếHọc viên: Hồ Anh CơngLớp: Cao học Công trình Khoá: 10Hà Nội, 09 2003 Bài tập lớn Thiết kế Tối u bài toán tối u hoá mặt cắt cống tròn BTCT trên sân bayI/ Giới thiệu tổng quan Đây là chơng trình tính toán thiết kế tối u các thông số mặt cắt cống tròn BTCT (trên khu bay( đờng cất hạ cánh, đờng lăn, bãi để máy bay .). Kết quả chơng trình cho biết kích thớc tối u (chiều dày thân cống, diện tích cốt thép) với giá thành kết cấu rẻ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu chịu lực.Chơng trình đợc viết bằng ngôn ngữ lập trình Pascal 7.0II/ Nội dung kỹ thuật bài toánMột trong số những bài toán thiết kế tối u hoá thờng gặp khi thiết kế cống tròn là bài toán chọn các kích thớc tối u của mặt cắt cống. Theo cách làm thông thờng khi tính toán thiết kế cống tròn BTCT thì các kỹ s chọn các kích thớc theo kinh nghiệm hoặc tra quy trình rồi tiến hành tính duyệt và sẽ sửa đổi dần đến lúc kết qủa là chấp nhận đợc. Điều này khó cho phép ngời thiết kế chọn đợc kích thớc tối u của bài toán và đ-ơng nhiên giá thành công trình sẽ không phải là thấp nhất.Chơng trình tính toán này sẽ giải quyết vấn đề trên.Cụ thể hoá bằng công thức:Giá thành XD min: GT= (Diện tích bê tông x Lcống x Đơn giá) + (Diện tích cốt thép x Lcống x Đơn giá) (đ)III/ Mô hình bài toán thiết kế tối u 1.1. Xác định hàm mục tiêu:Giá thành XD min: GT= (Diện tích bê tông x Lcống x Đơn giá) + (Diện tích cốt thép x Lcống x Đơn giá) (đ)2.2. Các điều kiện ràng buộc: (Tính duyệt) Mmax Mgh at 3.3. Cực tiểu hoá hàm mục tiêuGTmin = f(X1, X2, X3, .)Các điều kiện xây dựng miền giá trị của từng ẩn Xi. Các giá trị này phải nằm trong khoảng cho phép ở quy trìnhCác ẩn: X1: Chiều dày thành ống cống (m)X2: Diện tích cốt thép (cm2) .Hồ Anh Cơng, Cao học XDCT Khoá 102 Bài tập lớn Thiết kế Tối u IV/ Lựa chọn ph ơng pháp: Lựa chọn phơng pháp thử nghiệm ngẫu nhiênV/ Nội dung tính toán: 5.1/ Số liệu tính toán:5.1.1/ Tại trọng máy bay- Tải trọng máy bay tính toán: Pm- áp suất bánh hơi tính toán: Pa- Hệ số phân bố tỉa trọng trên càng chính:ha- Số bánh trên một càng: n5.1.2/ Kết cấu mặt đờng và nền đất- Chiều dày lớp mặt: h1, 1, 1- Lớp Base: h2, 2, 2- Lớp Sub-base: h3, 3, 3- Nền đất: , 5.1.3/ Cống tròn BTCT- Chiều dài 1 đốt cống: 1m- BT mác M200, Có Ru=90 Kg/cm2, bt=2.5T/m3- Cốt thép CT2 có: Ru=2.600Kg/cm2Ea=2.100.000 Kg/cm21=0.9- Khẩu độ cống(đờng kính cống); d(m)- Bố trí cốt thép theo hình lò xo có bớc xoắn là 10cm, bớc xoắn : nb- Lớp bảo vệ cốt thép: a=a=2.5cm- Giới hạn nứt cho phép của cống: =0.02 cm- Đơn giá BT, đơn giá thép- Giới hạn cuả các tham số5.2/ Điều kiện ràng buộc: Mmax Mgh at Hồ Anh Cơng, Cao học XDCT Khoá 10Giá trị Chiều dày thành cống (t), cmĐờng kính cốt thép (), mmmin 8 8Max 20 143 Bài tập lớn Thiết kế Tối u 5.3/ Kết quả tính toán (đầu ra)- Chiều dày thân cống: t (cm)- Đờng kính cốt thép: (mm)- Tơng ứng với giá thành xây dựng là nhỏ nhất5.4/ Các công thức sử dụng trong quá trình tính toán Tải trọng máy bay lên mặt đờngP=(Pm xha)/n (1-1) áp lực của các lớp vật liệu phía trên cốngq= i x hi(2-1) áp lực thẳng đứng do tải trọng máy bay- Bán kính tiếp xúc của vệt bánh máy bay theo đờng tròn quy ớc- R=(P/.Pa)1/2(3-1)- Bán kính của tải trọng máy bay phân bố qua các lớp vật liệu Rtt = R + =hi x tgi (3-2)- Diện tích tải trọng của máy bay tác dụng lên cống S= x R2tt(3-3)- áp lực thẳng đứng do tải trọng máy bay pmb= P/S (3-4)5.5/ Xác định tải trọng tác dụng lên cống5.5.1/ Mô men do tải trọng máy bay và các lớp kết cấu áo đờng gây nên- Bán kính tính toán trung bình: M1R1=d/2 + t (4-1)- Hệ số áp lực ngang R1à = tg2(45o - /2) (4-2) M2 M2M3Từ 4-1,4-2, ta cóM1= M2= M3 = 0.137 x (q + pmb) xR21x ( 1- à) (4-3)5.5.2/ Mô men do tải trọng bản thân cốngg2= bt *t (4-4)M1=0.304* gt *R21(4-5)M2=0.337*gt *R21(4-6)M3=0.369*gt *R21(4-7)Hồ Anh Cơng, Cao học XDCT Khoá 104 Bài tập lớn Thiết kế Tối u 5.5.3/ Tổng hợp mômenMmax= Max (Mi + Mi) (4-8)Với i=1-:-35.5.4/ Tính mômen giới hạn Mgh Diện tích cốt thép chịu kéo:Fa=nb* (/2)2(5-1) Diện tích cốt thép chịu nén:Fa=nb* (/2)2(5-2) to = t a (5-3)x = (Ra*Fa)/(b*Ru) (5-4)Mgh= Ru*b*x*(to-x/2) + Ra*Fa*(to - a) (5-5)5.6/ Xác định độ mở rộng vết nứt do tải trọng gây ra: (at) ứng suất:a = Mmax /{Fa*(to x/2)} (6-1) Diện tích cùng tác dụng tơng hỗFr = b*(a+a) (6-2)Rr= Fr/( *nbi(6-3)Độ mở rộng vết nứt:at = 0.5*(a/Ea)* 1Rr(6-4)5.7/ Xác định giá thành 1m dài cốngGt= /4*(2d.t t2)*đơn giá BT + 2(d+t)*đơn giá thép (đ)Với Fa = FaHồ Anh Cơng, Cao học XDCT Khoá 105 Bài tập lớn Thiết kế Tối u VI/ Tổ chức ch ơng trình Phần1: Giới thiệu chungPhần2: Chơng trình con Nhập số liệuPhần3: Chơng trình con phục vụ tính toánPhần4: Chơng trình con tạo hàm ngẫu nhiên (HNN)Phần5: Thân chơng trình chính- Gọi các chơng trình con- Kiểm tra điều kiện ràng buộc- Tính toán (kiểm toán), xác định : t, với hàm mục tiêu: Gtmin- In kết quảTài liệu tham khảo- PGS. TS Nguyễn Viết Trung, Giáo trình Thiết kế Tối u - ĐH GTVT 2000- PGS Nguyễn Quang Chiêu, Thiết kế cầu cống nhỏ trên đờng ôtôHồ Anh Cơng, Cao học XDCT Khoá 106 . toán thiết kế tối u hoá thờng gặp khi thiết kế cống tròn là bài toán chọn các kích thớc tối u của mặt cắt cống. Theo cách làm thông thờng khi tính toán thiết. tập lớn Thiết kế Tối u bài toán tối u hoá mặt cắt cống tròn BTCT trên sân bayI/ Giới thiệu tổng quan Đây là chơng trình tính toán thiết kế tối u các