Thiết kế tối ưu áo đường mềm

Bài tập tin học thiết kế tối u
Bài toán: Thiết kế tối u kết cấu áo đờng mềm
I. Nhiệm vụ
Thiết kế tối u kết cấu áo đờng mềm, kết quả chạy chơng trình cho biết kích thớc
tối u (chiều dày của các lớp kết cấu) với giá thành xây dựng rẻ nhất mà vẫn đảm bảo đ-
ợc yêu cầu chịu lực.
II. Phơng pháp giải bài toán
Sử dụng phơng pháp Thử nghiệm ngẫu nhiên của lý thuyết thiết kế tối u để
giải bài toán.
III. Tổ chức chơng trình để giải bài toán
1. Xác định mục tiêu của bài toán
- Giá thành xây dựng kết cấu áo đờng nhỏ nhất: GT
min
.
- Lập hàm mục tiêu:
GT
min
= h
1
.B.đơn giá xây dựng lớp mặt + h
2
.B.đơn giá xây dựng lớp móng trên +
h
3
.B.đơn giá xây dựng móng dới.
B: Bề rộng mặt đờng.
2. Sơ đồ tính toán
3. Số liệu đầu vào
3.1. Tải trọng thiết kế:
- Lu lợng xe tính toán N
tt

qđ
và mô đun đàn hồi yêu cầu E
yc
;
- Đờng kính vệt bánh xe tính toán: D;
- áp suất bánh hơi tính toán: P.
3.2. Số liệu về vật liệu và nền đất:
- Lớp mặt BTN: h
1
, E
1
võng
, E
1
uốn
, E
1
trợt
, c
1
, R
u
;
- Lớp móng trên: h
2
, E
2
;
- Lớp móng dới: h
3

, E
3
, c,

;
- Nền đất: E
o
, c
o
,
o

.
3.3. Đơn giá xây dựng các lớp kết cấu:
- Đơn giá xây dựng lớp mặt BTN;
- Đơn giá xây dựng lớp móng trên;
- Đơn giá xây dựng lớp móng dới.
3.4. Giới hạn các tham số:
STT h
1
(m) h
2
(m) h
3
(m)
Min
0.05 0.12 0.2
Max
0.23 0.40 0.5
4. Điều kiện ràng buộc

- Độ lún đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng:
ycch
EE >
;
- ứng suất uốn phát sinh ở đáy lớp mặt BTN nhằm khống chế không cho phép
nứt tại lớp đó:
uu
R<

;
- ứng suất cắt ở trong nền đất và ứng suất gây trợt ở lớp BTN:
][

<
.
5. Kết quả tính toán của bài toán
- Chiều dày lớp BTN: h
1
;
- Chiều dày lớp móng trên: h
2
;
- Chiều dày lớp móng dới: h
3
.
Các chiều dày này tơng ứng với giá thành xây dựng 1m dài tuyến với bề rộng B
mặt đờng là nhỏ nhất.
6. Các công thức sử dụng trong quá trình tính toán
6.1. Chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp:
3

3/1
31
1
.1
.






+
+
=
k
tk
EE
tb
Trong đó:
3
2
h
h
k =
,
3
2
E
E
t =

,
321
hhh
tb
+=
.
3
3/1
1
1
.1
.






+
+
=
k
tk
EE
tbtb
Trong đó:
1
1
tb
h

h
k =
,
1
1
tb
E
E
t =
,
11 tbtb
hhh +=
Tổng chiều dày kết cấu:
tb
hH =
6.2. Xác định mô đun đàn hồi chung của mặt đờng
tb
tt
tb
EE .

=
)(
D
H
f=

=
tt
tb
o
ch
E
E
D
H
fk .


ch
tt
tbch
kEE .=
6.3. Xác định ứng suất cắt hoạt động trong nền đất

=
o
o
tt
tb
t
E
E
D
H
fk

,,
pk
tax
.=

,
( )
Hf
oav
,

=


avax

+=
6.4. Xác định ứng suất cắt cho phép của nền đất

o
ck'.][ =

Begin



i=SL
end
t
Kmn
KK
k
1
.
.
.
'
21
=
Trong đó:
n: Hệ số vợt tải;
m: Hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc của các lớp kết cấu;
K
1
: Hệ số xét tới sự giảm khả năng chống cắt dới tác dụng của tải trọng
trùng phục;
K
2
: Hệ số an toàn xét đến sự làm việc không đồng nhất của kết cấu;

c
o
: Lực dính của nền đất.
6.5. Xác định ứng suất kéo khi uốn của lớp mặt BTN:
- Xác định mô đun đàn hồi chung trên mặt lớp móng trên:
1
.
tb
tt
tb
EE

=
)(
D
H
f=









=
tt
tb
uon

tb
ch
E
E
D
h
fk
1
1
1
1
,
tt
tbchch
EkE
111
.=
- Xác định ứng suất kéo uốn:








=
1
11
,

ch
uon
u
E
E
D
h
f



uu
p

..15,1=
6.6. Xác định ứng suất gây trợt và chống trợt của lớp BTN:
- Xác định ứng suất gây trợt:








=
1
1
,
ch

truot
truot
E
E
D
H
fk
pk
truot
.=

- Xác định ứng suất chống trợt:
1
'.][ ck=

Trong đó: c
1
là lực dính của lớp mặt BTN.
7. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình
- Chơng trình đợc lập trên ngôn ngữ lập trình TURPO PASCAL 7.0.
Begin



i=SL
end
- Đây là ngôn ngữ lập trình thông dụng, đơn giản, dễ viết câu lệnh.
8. Sơ đồ thuật toán giải bài toán

sai

đúng
sai

đúng
sai
đúng
Vào số liệu;
GT
min
, SL, i
Hàm ngẫu nhiên
Begin
irc( i )



GT
GT < GT
min
GT
min
:= GT
h
01
:=h
1
, h
02
:=h
2

, h
03
:=h
3
i=SL
end
In kết quả