Báo cáo nghiên cứu khoa học: THIẾT KẾ TỐI ƯU BẰNG PHẦN MỀM MIDAS-CIVIL

Phần mềm Midas Civil có rất nhiều tính năng ưu việc trong tính toán, thiết kế cầu như tính toán cầu đúc hẫng, cầu treo, thiết kế tiết diện BTCT, thiết kế tối ưu. Bài viết này đi sâu vào nghiên cứu tính năng tối ưu hóa kết cấu bao gồm tối ưu hóa mặt cắt của tiết diện và bài toán điều chỉnh nội lực trong cầu dây xiên theo mô hình bài toán tối ưu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: "THIẾT KẾ TỐI ƯU BẰNG PHẦN MỀM MIDAS-CIVIL" THIẾT KẾ TỐI ƯU BẰNG PHẦN MỀM MIDAS-CIVIL OPTIMAL DESIGN BY MIDAS-CIVIL SOFTWARE NGUYỄN LAN – CAO VĂN LÂM Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM T ẮT Phần mềm Midas Civil có rất nhiều tính năng ưu việc trong tính toán, thiết kế cầu như tính toán cầu đúc hẫng, cầu treo, thiết kế tiết diện BTCT, thiết kế tối ưu. Bài viết này đi sâu vào nghiên cứu tính năng tối ưu hóa kết cấu bao gồm tối ưu hóa mặt cắt của tiết diện và bài toán điều chỉnh nội lực trong cầu dây xiên theo mô hình bài toán tối ưu. ABSTRACT MIDAS-Civil have many features for Bridge design as Segmental and Cable-stayed bridge, Optimal design. This paper focus on optimal design included Section Optimal and determine of modified forces in cable of Cable-stayed Bridge.1. Đặt vấn đề Trong vòng nửa thế kỷ nay, một ngành toán học mới- lý thuyết qui hoạch toán học- đãhình thành và phát triển mạnh mẽ do đòi hỏi cấp bách về kinh tế để thực hiện các chỉ tiêu tốiưu: nhiều nhất, ít nhất, nhanh nhất, rẻ nhất, tốt nhất,… Ngày nay sự phát triển nhanh chóngcủa kỹ thuật máy tính điện tử đã tạo khả năng thực tế cho việc tự động hóa thiết kế trên rấtnhiều lĩnh vực. Chẳng hạn như xác định các tham số của kết cấu xây dựng tối ưu theo tiêuchuẩn giá thành rẻ nhất, tính toán lực căng chỉnh trong các dây văng để độ lệch mặt cầu so vớiđường đỏ mặt cầu mong muốn nhỏ nhất, chọn kích thước các mặt cắt bộ phận kết cấu sao chothỏa mãn các tiêu chuẩn kiểm tra và khối lượng vật liệu nhỏ nhất,… đó là những ví dụ về bàitoán thiết kế tối ưu. Hiện nay có một số chương trình phân tích và thiết kế kết cấu bằng phương pháp phầntử hữu hạn đã tích hợp thêm môđun thiết kế tối ưu (optimal design) như SAP2000, MIDAS-Civil. Việc nghiên cứu, tiếp cận các tính năng thiết kế tối ưu của các phần mềm này để lựa tìmmặt cắt tối ưu, chọn lực căng chỉnh theo mô hình bài toán tối ưu,… là việc cần thiết đối vớicác kỹ sư thiết kế kết cấu. Trong bài viết này, các tác giả giới thiệu một số tính năng phân tích và thiết kế tối ưucủa phần mềm MIDAS-Civil, một phần mềm thiết kế cầu rất mạnh đang được các kỹ sư thiếtkế cầu quan tâm nghiên cứu và ứng dụng.2. Các tính năng thiết kế tối ưu của MIDAS-Civil 2.1. Tính năng thiết kế tối ưu mặt cắt kết cấu thép và kết cấu bê tông-cốt thép hình(bê tông cốt cứng) - Steel/SRC Optimal Design Tính năng này cho phép ta có thể lựa chọn một kết cấu tiết kiệm nhất (khối lượng vậtliệu nhỏ nhất). Hiện MIDAS chỉ mới hỗ trợ thiết kế tối ưu mặt cắt cho kết cấu bê tông cốtthép hình (SRC) và kết cấu thép (Steel). Dạng mặt cắt ngang Hình 1. Mặt cắt ngang bê tông lõi cốt thép hình (SRC) Hình 2. Mặt cắt ngang thép hìnhTrình tự chung thực hiện phân tích và thiết kế tối ưutrong MIDAS như sau: - Thực hiện bài toán phân tích nội lực: Môhình hóa kết cấu, khai báo vật liệu, mặt cắt ban đầu,tải trọng, phân tích nội lực. - Thực hiện lệnh thiết kế kết cấu: Khai báocác thông số cho bài toán thiết kế, thực hiện lệnhthiết kế. Thực hiện lệnh thiết kế tối ưu: Gọi môđun thiếtkế tối ưu (Steel optimal Design… khi thiết kế tối ưukết cấu thép hoặc SRC optimal Design… khi thiết kếtối ưu kết cấu bê tông cốt cứng). Có thể là tối ưu các kích thước cho một tiết diệnhoặc tối ưu cho tất cả tiết diện của kết cấu để đạtđược mục tiêu khối lượng vật liệu toàn kết cấu nhỏnhất. - Khi thiết kế tối ưu kết cấu thép MIDAS tự động thay đổi dạng mặt cắt hoặc các kíchthước mặt cắt để đạt mục tiêu trọng lượng toàn kết cấu nhỏ nhất nhưng vẫn thỏa mãn các điềukiện kiểm tra cường độ và độ mảnh theo tiêu chuẩn thiết kế đã lựa chọn. Khi thiết kế tối ưukết cấu bê tông cốt cứng (SRC), MIDAS chỉ tự động thay đổi kích thước mặt cắt phần théphình bên trong phần bê tông. Hình 3. Hộp thoại thiết kế tối ưu mặt cắt ngang của kết cấu thép 2.2. Bài toán tối ưu hóa trong kết cấu cầu dây xiên MIDAS hỗ trợ chức năng Get Unknown load factors để tính toán lực điều chỉnhtrong các dây văng trên cở sở thỏa mãn hàm mục tiêu đã chọn. Hình 4. Hộp thoại khai báo và xác định lực căng chỉnh trong cable Trình tự khai báo điều chỉnh nội lực trong cầu treo dây xiên như sau: - Mô hình hóa kết cấu: Khai báo sơ đồ hình học, vật liệu, mặt cắt, tải trọng, tổ hợp tải trọng. - Thực hiện lệnh phân tích nội lực. - Vào lệnh ResultsUnknown Load Factor… khai báo các về hàm mục tiêu (Object Function), các ràng buộc (Constraints), trường hợp tải trọng điều chỉnh, sau đó bấm nút Get Unknown Load Factors hiển thị kết quả hệ số tải trọng trong các ...