BÀI TOÁN TỐI ƯU HOÁ TRỤ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Yêu cầu thiết kế tối ưu trụ cầu bằng bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm (do kích thước dầm 2 bên không đối xứng với hàm lượng cốt thép giả định cho trước (từ 1.23%). Đây là một trong số những bài toán tối ưu hoá thường gặp khi thiết kế cầu. Thực tế khi thiết kế trụ cầu thì người kỹ sư chọn các kích thước của trụ theo kinh nghiệm rồi tính duyệt và sửa đổi dần cho đến khi kết quả chấp nhận được. Điều đó chắc chắn chưa thể cho phép người thiết kế chọn được các kích thước tối ưu và như vậy giá thành công trình sẽ không phải là thấp nhất. Sau đây sẽ đưa ra một cách giải bài toán chọn các kích thước tối ưu của trụ cầu bằng 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

∑niYiQi<=Φ Rn=Rr

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 φ

1.2.3 các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng

Q=∑ηiγ 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

X23

X22

X8

X7

iI iII

X20

iI iII

Tim ngang cầu

X5

X1

Tim dọc cầu

mặt chính

X17 X19 X18

X12 X14 X11 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(x1, x2, , 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 xi (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 xi 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 phph-ơng 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 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

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