Tối ưu tiết diện kết cấu tháp thép dạng giàn sử dụng thuật giải di truyền

Bài viết này giới thiệu bài toán tối ưu sử dụng thuật giải di truyền để lựa chọn tiết diện tối ưu cho kết cấu tháp thép thỏa mãn các yêu cầu đề ra và tiết kiệm vật liệu nhất. Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng kết hợp với lập trình MATLAB có thể giải quyết các bài toán lớn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu tiết diện kết cấu tháp thép dạng giàn sử dụng thuật giải di truyền KHOA H“C & C«NG NGHª Tối ưu tiết diện kết cấu tháp thép dạng giàn sử dụng thuật giải di truyền Optimisation of steel lattice tower using genetic algorithm Phạm Thanh Hùng, Nguyễn Trọng Tuyển Tóm tắt 1. Đặt vấn đề Khi thiết kế tháp thép dạng giàn, việc lựa chọn tiết Hiện nay, các công trình tháp thép ngày càng phổ biến, thường được dùng làm cột đường dây tải điện, cột ăng ten vô tuyến, cột giàn khoan… diện thanh khá phức tạp đặc biệt là các tháp lớn với số Kết cấu của tháp thường là hệ không gian ba mặt trở lên, được cấu tạo lượng lên đến hàng nghìn thanh. Thông thường chọn từ các thanh (thanh cánh và thanh bụng) liên kết với nhau tại các nút. Tiết tiết diện sơ bộ (theo các thiết kế trước hoặc tính nội diện thanh thường được sử dụng là thép góc, thép ống, thép hình chữ I lực sơ bộ rồi chọn theo nội lực đó) sau đó kiểm tra và hay tổ hợp từ các thép góc. Việc lựa chọn tiết diện thanh khá phức tạp điều chỉnh, quá trình này tốn nhiều công sức tính toán đặc biệt là các tháp lớn với số lượng lên đến hàng nghìn thanh. Thông và tiết diện chọn được có hiệu quả sử dụng chưa cao. thường chọn tiết diện sơ bộ (theo các thiết kế trước hoặc tính nội lực sơ Bài báo này giới thiệu bài toán tối ưu sử dụng thuật bộ rồi chọn theo nội lực đó) sau đó kiểm tra và điều chỉnh, quá trình này giải di truyền để lựa chọn tiết diện tối ưu cho kết cấu tốn nhiều công sức tính toán và tiết diện chọn được có hiệu quả sử dụng tháp thép thỏa mãn các yêu cầu đề ra và tiết kiệm vật chưa cao. liệu nhất. Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng Việc nghiên cứu các phương pháp tối ưu tiết diện các thanh trong kết hợp với lập trình MATLAB có thể giải quyết các bài tháp thép dạng giàn không những giảm tải trọng gió tác dụng lên tháp toán lớn. mà còn giảm trọng lượng bản thân của tháp. Điều này giúp cho tháp thép Từ khóa: Thuật giải di truyền, tối ưu hóa, tháp thép, phương dạng giàn vẫn đủ khả năng chịu lực nhưng lại tiết kiệm vật liệu nhất có pháp hần tử hữu hạn thể. Có nhiều phương pháp tối ưu hóa kết cấu đã được các kỹ sư kết cấu áp dụng như phương pháp quy hoạch toán học, phương pháp tiêu chuẩn tối ưu, phương pháp tối ưu tiến hóa,… Các giải thuật dựa trên nguyên tắc Abstract phân tích và mô phỏng các quá trình tự nhiên luôn là mối quan tâm đặc In steel design of lattice tower, the selection of bar sections is biệt của các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước. Cùng sự bùng nổ thông complicated, especially for high towers. Usually, the selection tin, những giải thuật này càng có ý nghĩa thực tế. Thuật giải di truyền (GA) a preliminary section (according to the previous designs or là một trong những loại giải thuật đó, GA có thể giải quyết các bài toán lớn calculate the preliminary internal force and then choose mà các phương pháp giải tích không giải quyết được. Tối ưu hóa sử dụng that internal force) then check and adjust, this process takes GA đã được một số tác giả trong nước [1,2,3] cũng như thế giới [4,5,6,7] a lot of computational effort and section use efficiency is sử dụng trong thiết kế kết cấu. not high. This paper introduces the optimal problem using Trong ngành xây dựng, GA phản ánh một kết quả chung bao gồm các genetic algorithms to select the optimal section for steel yếu tố: Đảm bảo dự phòng đầy đủ, tức đảm bảo khả năng chịu lực đồng tower structure to satisfy the requirements and save the most thời đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường như là điều kiện về chuyển materials. The finite element method used in conjunction vị, rung, nứt, giá thành thấp nhất và có tính khả thi hay dễ dàng chế tạo with MATLAB programming can solve big problems. và lắp dựng đơn giản. Xuất phát từ các ưu điểm của thuật giải di truyền và ý tưởng áp dụng phương pháp khá mới này trong tính toán tối ưu kết Key words: Genetic algorithm, Optimization, Steel lattice cấu, bài báo này trình bày ứng dụng thuật giải di truyền để tính toán tối tower, Finite element method ưu tiết diện của kết cấu tháp thép dạng giàn theo tiêu chuẩn TIA-222-G. Từ đó mở rộng phạm vi ứng dụng phương pháp này trong tính toán tối ưu kết cấu nói chung. 2. Thuật giải di truyền TS. Phạm Thanh Hùng Thuật giải di truyền là một phần tính toán tiến hoá (evolutionary Giảng viên BM Kết cấu Thép – Gỗ, khoa Xây dựng computing), một lĩnh vực phát triển rất nhanh của trí tuệ nhân tạo. Thuật Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội ...