BÀI TOÁN TỐI ƯU HOÁ TRỤ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Phần 1: thiết kế tối u
Bài toán Tối u hoá
Trụ cầu bê tông cốt thép
1.1. Đặt vấn đề:
Yêu cầu thiết kế tối u trụ cầu bằng bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm (do kích thớc dầm 2 bên
không đối xứng với hàm lợng cốt thép giả định cho trớc (từ 1.2-3%). Đây là một trong số
những bài toán tối u hoá thờng gặp khi thiết kế cầu. Thực tế khi thiết kế trụ cầu thì ngời kỹ s
chọn các kích thớc của trụ theo kinh nghiệm rồi tính duyệt và sửa đổi dần cho đến khi kết quả
chấp nhận đợc. Điều đó chắc chắn cha thể cho phép ngời thiết kế chọn đợc các kích thớc tối u
và nh vậy giá thành công trình sẽ không phải là thấp nhất. Sau đây sẽ đa ra một cách giải bài
toán chọn các kích thớc tối u của trụ cầu bằng bê tông cốt thép
trụ cầu gồm các bộ phận cơ bản sau đây (Hình - 1):
1. Xà mũ, bệ kê gối
2. Thân trụ
3. Bệ móng
Các phần này đợc liên kết với nhau thành một chỉnh thể thống nhất cùng chịu lực
1.2. Nội dung kỹ thuật của bài toán :
Nh vậy bài toán đặt ra là phải xác định đợc các kích thớc tối u của trụ. Các kích thớc
này bao gồm các kích thớc của xà mũ, bệ kê gối, thân trụ, bệ móng. Các kích thớc
này phải thoả mãn điều kiện thể tích của trụ là nhỏ nhất nhng vẫn phải thoả mãn các
điều kiện ràng buộc (các điều kiện ràng buộc ở đây là các điều kiện theo các trạng
thái giới hạn sử dụng theo tiêu chuẩn 22TCN-272-01 đối với các bộ phận của trụ và
nền móng)
Các điều kiện ràng buộc:
1.2.1. Tính toán tiết diện thân trụ bằng bê tông các trạng thái giới
hạn và hệ số sức kháng:
ở đây ta phải tiến hành kiểm toán:
1. Xà mũ tại tiết diện 1-1
2. Thân trụ tại tiết diện 2-2
3. Bệ móng tại tiết diện 3-3
Dùng phơng trình

n
i
Y
i
Q
i
<= R
n
=R
r
đối với:
-Sự phá hoại sức kháng đỡ,
-Độ trợt ngang
-Tổn thất quá mức tiếp xúc đáy
-Mất ổn định chung
-Sự phá hoai do kéo tuột chốt chống chuyển vị ngang
-Phá hoại kết cấu
1.2.2yêu cầu về sức kháng:
Sức kháng tính toán Rr tính cho mỗi trạng thái giới hạn phải là sức kháng danh định
Rn nhân với hệ số sức kháng thích hợp
1.2.3 các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng
Q=

i


i
Q
i
Kiểm toán cho :

-Trạng thái giới hạn cờng độ 1:Tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng xe
tiêu chuẩn của cầu không xét gió.
-Trạng thái giới hạn cờng độ 2:Tổ hợp tải trọng liên quan cầu chịu gió với vân tốc vợt
quá 25m/s.
-Trạng thái giới hạn cờng độ 3:Tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng xe
tiêu chuẩn của cầu có gió vân tốc 25m/s.
-Trạng thái giới hạn đặc biệt: động đất, lực va tàu thuyền
X
9
X23
X22
X8
X7
X
1
0
X6
X6
X7
X21
iI
iII
X20
iI
iII
Tim ngang cầu
X5
X
3
X1

X
2
X4 X4
Tim dọc cầu
mặt chính
X
1
6
X
1
5
X17
X19X18
X12 X14X11
X13
mặt bên
-Trạng thái giới hạn sử dụng: Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thờng của
cầu với gió vận tốc 25m/s so với tất cả tải trọng lấy theo danh định.
1.2.3 các hệ số sức kháng
1.3. Mô hình bài toán thiết kế tối u tơng ứng :
Với bài toán kỹ thuật đợc nêu ra ở trên, ta nhận thấy đây là một bài toán tối u hoá. Ta
có thể phát biểu bài toán tối u hoá nh sau:
- Tìm cực tiểu hoá hàm:
V = Thể tích = V(x
1
, x
2
, , x
n
)

- Với các điều kiện ràng buộc nh đã trình bày ở trên
- Và các điều kiện xác định miền giá trị của từng ẩn x
i
. (Các giá trị này phải
nằm trong các khoảng cho phép theo quy định của quy trình, ở đây không
nêu ra cụ thể)
- Trong đó các ẩn số x
i
đợc trình bày trên hình - 1
1.4. Lựa chọn phơng pháp giải :
Để giải bài toán tối u hoá trên ta có rất nhiều phơng pháp. ở đây ta chọn ph-
ơng pháp thử nghiệm độc lập. Đây là một phơng pháp đơn giản, dễ thực hành và
thuận tiện khi tính toán trên máy tính. Mặc dù phơng pháp này cho kết quả có độ
chính xác không cao và khối lợng thực hiện lớn (nhiều khi không cần thiết), nhng với
sự hỗ trợ của máy tính hiện đại, tốc độ cao, chúng ta có thể giải quyết bài toán một
cách dễ dàng với độ chính xác chấp nhận đợc.
1.5. Cấu trúc chơng trình :
Cấu trúc ch ơng trình
Tính toán hàm
mục tiêu
Nhập số
liệu tính
Kiểm tra điều
kiện ràng buộc
in kết quả
In ra máy in
In ra màn hình
Nhập từ bàn phím
Nhập từ ví dụ
Nhập từ đĩa

Kiểm tra hàm
mục tiêu
In ra đĩa
Tính toán
Thiết kê tối u
trụ cầu
1.6. Sơ đồ khối chơng trình :
sơ đồ khối ch ơng trình
Có
Không
Kết thúc
Có tính tiếp nữa không
In kết quả
Kiểm tra điều kiện ràng buộc
Thể hiện đồ họa số liệu đã nhập
Xem sửa
Nhập số liệu
ý nghĩa
Giới thiệu
Mở đầu
Đạt
Tính toán hàm mục tiêu
Kiểm tra hàm mục tiêu
Đạt
Không đạt
Không đạt
Phần 2: phát minh sáng chế
Cấu tạo và cách vận hành xe đúc hẫng trong thi công dầm hộp BTCT DƯL
1- Đặt vấn đề: Ngày nay câù dầm hộp liên tục BTCT DƯL đã trở thành nhu cầu tất
yếu cho cầu BT vợt nhịp lớn với giá thành lại phù hợp với điều kiện kinh tế hiện tạI

của chung ta. Trong phạm vi đề tàI môn học tôI xin đợc đề cập đến các phát minh
sáng chế trong công việc vận hành và sử dụng xe đúc trong công nghệ thi công
dầm hộp BTCT DƯL.
2- Cấu tạo xe đúc
Xe đúc có cấu tạo chi tiết nh sau (Xem chi tiết hình vẽ)
dàn chính
kích nâng
con lăn
kích nâng
hệ thanh ray
dàn chính
dàn chính
Figure 1
Xét gọn lại xe đúc lúc vận hành để thi công đốt tiếp theo bao gồm 3 bộ phận lớn liên
kết với nhau
- Bộ phận giá xe đúc bao gồm:
+ Hệ thống nâng giữ ván khuôn đáy,
+ Khung chống xe đúc.
- Bộ phận liên kết hệ thống xe đúc với dầm BT.
- Bộ phận thanh trợt dùng để di chuyên xe đúc bao gồm.
+ Các thanh ray .
+ Các kích thuỷ lực
+ Các con lăn.
3 Quá trình vận hành xe đúc :
B1 : Gông giữ chặt thanh ray với các đốt đúc dầm đã đúc trớc.
B2 : Di chuyển toàn bộ hệ thống khung xe đúc cho chạy trên các thanh ray bằng
các con lăn đến vị trí đúc đốt tiếp theo.
B3: Dùng kích thuỷ lực nâng hệ thống khung xe lên khỏi mặt ray lúc nầy hệ thống
khung xe đúc đợc liên kết với đốt dầm bằng lực nâng của kích thuỷ lực và ray đợc
nâng khỏi mặt dầm .

B4: Di chuyển thanh ray bằng các con lăn liên kết giữa khung xe đúc và thanh
ray (Giai đoạn khung xe đúc đợc giữ cố định liên kết chặt với các đốt dầm đã đúc
bằng kích nâng)
Quá trình vận hành của xe đúc đợc áp dụng các nguyên tắc sáng chế sau
- Ghép vài chức năng trong một các thể: Ví dụ thanh ray vừa dùng để liên
kết xe đúc chăc chắn vaò dầm ,vừa dùng để làm ray cho hệ thống khunh
xe di chuyển .Kích hệ thống khung xe : Kích có tác dụng nâng xe và lực
đẩy trong kích tạo ra sự liên kết giữa hệ thống khung xe và dầm.
- Thay đổi vị trí các bộ phận theo hoàn cảnh sử dụng : Khi di chuyển hệ
thống khung xe thì thanh ray đợc gông chặt với dầm.Khi di chuyển thanh
ray thi hệ thống khung xe đợc liên kết chặt chẽ với dầm BT thông qua lực
nâng của kích.
- Thay đổi hệ thống chuyển động: Sự chuyển động tơng đối giữa hệ thống
khung xe đúc và thanh ray có thể thay việc dùng palăngxich kéo tay thay
bằng dùng hệ thống thuỷ lực để đẩy hệ thống khung xe và thanh ray.
- Nhiều chức năng trong một bộ phận: Xe đúc dầm vừa có chức năng làm
khung chống vừa có chức năng giữ ván khuôn cho công tác đúc dầm .
- Chuyển trạng tháI hoạt động :Từ tĩnh sang động từ động sang tĩnh: Khi di
chuyển hệ khung của xe đúc mang theo đợc cả hệ ván khuôn đáy của dầm
hộp. Khi trạng tháI tĩnh xe có nhiệm vụ neo giữ hệ ván khuôn và khối đúc
trong quá trình đổ BT khi khối đúc cha đợc căng kéo DƯL
- Lợi dụng ảnh hởng của trọng trờng: Dùng trọng lợng của xe đúc có thể
đIũu chỉnh đợc độ vồng xây dựng,và cao độ lúc hợp long dầm
- Thuật phân nhỏ thành nhiều bộ phận:Xe đúc có thể tách rời thành nhiều bộ
phận tháo lắp dễ dàng
- Với các sáng tạo kỹ rthuật trên có thể nói xe đúc dầm là một sản phẩm
hoàn hảo của công mghệ cầu BTCT DƯL đúc hẫng mà hiện nay đang áp
dụng rộng rãI trên khắp đất nớc ta.
- Mục lục
Phần 1: Thiết kế tối u

1.1. Đặt vấn đề
1.2. Nội dung kỹ thuật của bài toán
1.2.1. Tính toán tiết diện thân trụ theo các trạng thái giới hạn
1.2.2. Tính toán nền móng trụ cầu theo các trạng thái giới hạn
1.3. Mô hình bài toán thiết kế tối u tơng ứng
1.4. Lựa chọn phơng pháp giải
1.5. Cấu trúc trơng trình
1.6. Sơ đồ khối chơng trình
Phần 2: Phát minh sáng chế
Các pháp minh sáng chế về cấu tạo và vận hành xe đúc trong công nghệ cầu BTCT
DƯL đúc hẫng.