Thiết kế tối ưu sức chịu cọc theo đất nền

Thiết kế tối ưu sức chịu cọc theo đất nền

Môn: Thiết kế tối ưu

BÀI TOÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU

XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT

NỀN

I GIỚI THIÊU TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN :

Đây là một bài toán tính toán thiết kế tối ưu sức chịu tải của cọc theo đất nền sau khi biết kích thước mặt cắt ngang của cọc (diện tích F, chu vi U); nội lực đầu cọc (M, N và Q); các thông số cơ lý của các lớp đất mà cọc dự kiến đi qua (chiều dày của mổi lớp đất, sức chống tính toán của đất tại mũi cọc, sức chống tính toán của các lớp đất thứ i của nền lên mặt hông của cọc); cường độ giới hạn của nền đất (R) và biểu đồ nén lún Kết quả của bài toán là cho biết chiều dài tối ưu của cọc thỏa mãn :

* Ứng suất dưói đáy móng khối quy uớc   R

* Độ lún dưới đáy móng khối quy uớc S  [S] - độ lún choS] - độ lún cho phép

Và như vậy, đối với bài toán này cần phải xác định trước nội lực của đầu cọc và chọn trước tiết diện cọc (kích thước mặt cắt ngang và bố trí thép trong mặt cắt ngang)

II NỘI DUNG KỸ THUẬT CỦA BÀI TOÁN :

Thông thường khi thiết kế chiều dài cọc của một kết cấu móng cọc nào đó (mố, trụ ), người thiết kế thường chọn trước chiều dài cọc theo cấu tạo, theo chiều dày của các lớp đất Sau đó tính duyệt và kiểm tra dần cho đến khi kết quả là chấp nhận được Điều này chắc chắn chưa thể cho phép người thiết kế chọn được chiều dài tối ưu của cọc

Nội dung chọn chiều dài của cọc gồm có : Xác định sức

suất, độ lún của móng khối quy ước

1 Yêu cầu dữ liệu đầu vào của bài toán :

Chọn chiều dài của cọc từ các điều kiện đã cho ban đầu :

+ Tiết diện cọc (diện tích F, chu vi U)

+ Nội lực đầu cọc (M, N, Q)

+ Các thông số cơ lý của đất (chiều dày của mổi lớp đất, sức chống tính toán của đất tại mũi cọc, sức chống tính

toán của các lớp đất thứ i của nền lên mặt hông của cọc); cường độ giới hạn của nền đất (R) và biểu đồ nén lún

2 Nội dung chính của bài toán :

a Các công thức cơ bản :

+ Sức chịu tải của cọc theo vật liệu :

Pvl = m(RnFb + RaFa)

+ Sức chịu tải của cọc theo đất nền :

Pcọc = m(mRRF + umffili) Trong đó :

- m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất;

cọc ;

lượt ở mũi và ở mặt hông cọc ;

- R : Sức chống tính toán của đất tại mũi cọc;

- u : Chu vi ngoài của mặt cắt ngang thân cọc ;

mặt hông cọc;

b Các điều kiện kiểm tra :

+ Điều kiện cọc làm việc trong bệ :

Pcoc  N Trong đó : N - Nội lực đầu cọc

+ Điều kiện theo vật liệu làm cọc:

Pvl  Pcọc

+ Điều kiện chiều dài cọc tối thiểu ngàm trong đất :

Lcọc  4.0m), ứngm

Lcọc = li’ ; với li’ - chiều dầy lớp đất thứ i mà cọc xuyên

+ Điều kiện ứng suất đáy móng khối quy ước  :

  R

R - cường độ giới hạn của nền đất

+ Điều kiện lún đáy móng khối quy ước S :

S  [S] - độ lún choS]

[S] - độ lún choS]- độ lún cho phép

+ Điều kiện chiều dài tối đa của cọc :

Lcọc  [S] - độ lún choL]

[S] - độ lún choL]- chiều dài tối đa cho phép của cọc (độ mảnh và độ ổn định của cọc)

III MÔ HÌNH CỦA BÀI TOÁN :

Môn: Thiết kế tối ưu

Với bài toán kỹ thuật đã được nêu ra ở trên thì nhận thấy ngay đây là một bài toán tối ưu hóa Có thể phát biểu bài toán tối ưu hóa như sau :

R) (1)

li,R) = Pmin

Với các ràng buộc :

Pvl  Pcọc (**)

Lcọc  4.0m), ứngm (***)

Lcọc  [S] - độ lún choL] (******)

Với các điều kiện xác định miền giá trị của các tham số

hàm (1) Các giá trị này được xác định từ các thông số ban

đầu và phải nằm trong các khoảng cho phép theo quy định của quy trình

Trong đó các tham số của (1) có ý nghĩa như sau :

- m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất;

lượt ở mũi và ở mặt hông cọc ;

- a, b : Các cạnh của tiết diện cọc

- R : Sức chống tính toán của đất tại mũi cọc;

mặt hông cọc;

IV LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP GIẢI :

Để giải bài toán tối ưu hóa này , có rất nhiều phương pháp , tuy nhiên ở đây chọn phương pháp tối ưu một tham số theo dấu hiệu tăng dần của hàm mục tiêu Đây là phương pháp đơn giản dể thực hành và thuận tiện trong tính toán trên máy tính

Thuật toán :

Bước 1 : Nhập các số liệu đầu vào :

thép cọc (CT5) , diện

Bước 2 : Nhập chiều dài sơ bộ của cọc Lsb =4.0m), ứngm ;

bị xói lở ;

Chiều dài thực tế của cọc là : Ltt = Lng + L0m), ứng + Lsb ;

đầu cọc)

bệ đến mặt đất sau khi xói)

Với cách chọn như trên thì điều kiện ràng buộc (***) đã được thỏa mãn

Đặt L = Lsb; Tính Pvl = m(RnFb + RaFa)

Bước 3 : Với L đã biết , tính toán Pcọc = m(mRRF + umffili)

Bước 4 : Từ Pcọc đã được xác định như bước 3 , tiến hành kiểm tra theo điều kiện (*):

Pcoc  N + Nếu điều kiện (*) được thỏa mãn thì chuyển sang bước 5

+ Nếu điều kiện (*) không được thỏa mãn thì đặt L = L + 0m), ứng.5 rồi chuyển sang

bước 3

Bước 5 : Với L đã xác định được , đặt L1t = L0m), ứng + L ; Với L1t đã biết và căn cứ vào độ

nghiêng của các cọc biên, xác định được kích thước của móng khối quy uớc

Từ đây tiến hành kiểm tra điều kiện (****) :

  R

+ Nếu điều kiện (****) được thỏa mãn thì có 2 trường

hợp xãy ra :

đất mà mũi cọc đang

xuyên là h thỏa mãn : h  [S] - độ lún choh] thì chuyên sang bước 6 ([S] - độ lún choh] phụ thuộc vào loại đất và được lấy theo quy trình)

- Trường hợp [S] - độ lún choh]  h thì cũng có 2 trường hợp :

chuyển sang bước 6

chuyển sang bước 3

+ Nếu điều kiện (****) không được thỏa mãn được thỏa

mãn, đặt L= L+0m), ứng.5, rồi

quay trở lại bước 3

Bước 6 : Với móng khối quy ước đã được xác định, tiến

hành kiểm tra điều kiện (*****):

Môn: Thiết kế tối ưu

S  [S] - độ lún choS]

+ Nếu điều kiện (*****) được thỏa mãn thì chuyển sang

bước 7

+ Nếu điều kiện (*****) không được thỏa mãn, đặt L=L+0m), ứng.5

rồi chuyển sang bước 3

Bước 7 : Với L1t = L0m), ứng + L đã biết , cùng với nội lực đầu cọc (M,N và Q) , tiến hành kiểm tra ổn định của cọc theo điều kiện (******) :

Lcọc  [S] - độ lún choL]

+ Nếu điều kiện (******) được thỏa mãn thì chuyển sang

bước 8

+ Nếu điều kiện (******) không được thỏa mãn thì chuyển

sang bước 9

Bước 8 : Tiến hành kiểm tra điều kiện (**):

Pvl  Pcọc

+ Nếu điều kiện (**) được thỏa mãn thì chuyển sang bước

10m), ứng

+ Nếu điều kiện (**) không được được thỏa mãn thì

chuyển sang bước 9

Bước 9 : Thông báo cho người sử dụng : hoặc thay đổi tiết

diện cọc hoặc thay đổi số

lượng cọc bố trí trong bệ móng (tăng lên) hoặc thay đổi sơ đồ bố trí cọc

Chuyển sang bước 11

Bước 10 : Xuất các kết quả Pcọc ; Lcoc; Ltt; ; S ra màn hình; ra file hoặc máy in (tùy theo

yêu cầu người sử dụng) Chuyển sang bước 11

Bước 11 : Dừng và kết thúc chương trình.

Bài tập : Nêu 7 nguyên tắc trong một số thuật toán sáng

chế của một thiết bị, máy ở cơ quan (hoặc ở nhà) và đề xuất thêm nguyên tắc thứ 8.

+ Chọn đối tượng : máy vi tính

+ 7 nguyên tắc trong thuật toán sáng chế máy vi tính :

1) Tăng tốc độ (xử ly)ï : Trước đây các dữ liệu ngoài được

lưu dữ ở đĩa mềm (đĩa A) có nhược điểm là dung lượng ít (1.44M) và tốc độ đọc dữ liệu rất chậm (đọc bằng phương pháp cơ học : kim) nhưng hiện nay với sự ra đời của công nghệ mới đã đã sản xuất được ổ CD , với dung lượng đĩa rất lớn (thông thường khoảng 70m), ứng0m), ứngM, nếu dùng phần mềm chuyên dụng có thể nén đĩa CD lên đến trên 1G) và tốc độ độ rất nhanh (đọc bằng phương pháp vật lý : quang) Mặt khác, với công nghệ ngày càng hiện đại, tốc độ xử lý của máy vi tính không

ngừng được nâng cao: từ vài tỷ phép tính trong một giây, đến nay máy tính có thể thựưc hiện hàng chục tỷ phép tính trong một giây (thế hệ máy tính Pentium 4)

2) Minimum hóa, Maximum hóa : Với công nghệ ngày càng

hiện đại, kích thước của máy vi tính ngày càng nhỏ, gọn lại Trước đây , với việc sử dụng đèn bán dẫn , một máy tính có kích thước rất lớn, nhưng hiện nay với việc sử dụng các thiết bị hiện đại , có thể chế tạo các con chip có kích thước rất nhỏ (đơn vị tính là micrômét), vì vậy xu thế hiện nay là làm nhỏ gọn (minimum hóa) nhưng đồng thời tốc độ xử lý lại tăng rất nhiều (maximum hóa)

3) Chuyển đổi trạng thái vật lý : Hiện nay, màn hình vi

tính để bàn được sử dụng đèn hình là ống phóng điện tử ,

vì vậy với những màn hình lớn thì tương ứng với nó phải đèn hình lớn Khi đó màn hình rất cồng kềnh , nặng nề và tiêu thụ rất nhiều điện năng Để khắc phục những nhược điểm trên, hiện nay người ta đã có xu thế thay thế dần màn hình cổ điển (rắn) sang màn hình tinh thể lỏng (lỏng) Thông dụng nhất là ở các máy tính xách tay và một số công ty lớn đã sử dụng màn hình tinh thể lỏng cho máy để bàn

4) Aïp dụng các trường hoạt động vật lý khác nhau: Với

công nghệ cũ các máy vi tính văn phòng , xí nghiệp , công ty được nối mạng với nhau thông qua cáp mạng Nguyên lý sử dụng cáp mạng là truyền tải thông tin thông qua dòng điện, nhưng đối với các công ty lớn, số lượng máy tính rất nhiều,

do vậy đòi hỏi lượng cáp mạng khá lớn, chiếm nhiều diện tích và khó bố trí, vì vậy hiện nay người ta đang thay thế dần việc truyền tải thông tin bằng cáp mạng sang xu hướng không sử dụng cáp mạng (không dây) theo nguyên lý sóng điện từ ; hoặc hiện nay con chuột của máy tính loại không dây đang thay thế dần loại có dây (tức là chuyển từ dòng điiện sang sóng điện từ

5) Ghép thêm nhiều chức năng vào một cá thể : Do đòi hỏi

của con ngưười ngày càng cao nên chức năng của máy tính không ngừng được cải tiến Trước đây máy tính được chế tạo với mục đích là tính toán xử lý một số lượng rất lớn các phép tính và phức tạp , nhưng hiện nay ngoài yêu cầu đó

ra máy tính còn phục vụ cho việc giải trí: nghe nhạc, xem phim, chơi trò chơi và để thực hiện được các chức năng trên (ví dụ nghe nhạc và xem phim) thì phải gắn thêm vào máy card sound và card màn hình hoặc để sử dụng được internet thì bắt bược phải có modem

Môn: Thiết kế tối ưu

6) Sử dụng nhiều loại vật liệu vào nhiều bộ phận khác nhau: Tùy theo chức năng của các bộ phận khác nhau mà vật

liệu chế tạo chúng cũng khác nhau Ví dụ : đối với ổ cứng : là nơi lưu trữ dữ liệu và có tốc độ quay cao (khoảng 720m), ứng0m), ứng vòng/phút) do vậy nó phải có độ bền cao và được chế tạo từ những vật liệu đặc biệt; hoặc vỏ của máy vi tính và màn hình đòi hỏi phải nhẹ và tỏa nhiệt tốt vì vậy nó được chế tạo từ vật liệu tổng hợp (polime)

7) Thay đổi vị trí các bộ phận tùy theo hoàn cảnh sử dụng: Trước đây hầu hết các cổng vào ra của CPU đều được

đặt phía sau nhưng với việc bố trí như vậy không được thuận tiện cho việc sử dụng nên có một số bộ phận được phải được đưa ra phía trước : như cổng USB, cổng input và output âm thanh hoặc ổ CD trước đây được gắn cố định vào máy nhưng hiện nay đã có nhiều ổ CD rời có thể nối với bất kỳ máy nào, rất thuận lợi cho người sử dụng

* Để đơn giản trong sử dụng, cần phải chế tạo ra một loại máy vi tính có khả năng thực hiện mọi mệnh lệnh của con người trong vấn đề sinh hoạt gia đình : bật tắt đèn, trực điện thoại, chống trộm, hút bụi sàn nhà , giặt dũ áo quần Con người khi đó chỉ cần ra lệnh bằng ý nghĩ hoặc bằng lời nói thì máy tính có thể hiêu và thực hiện đúng theo yêu cầu (quy tắc mô phỏng sinh học)

Hà nội, ngày 31tháng 8 năm 20m), ứng0m), ứng3

NGƯỜI THỰC HIỆN

NGUYỄN BÙI QUỐC BẢO