Nghiên cứu áp dụng thuật toán tối ưu sao biển (Original Starfish Optimization Algorithm - SFOA) để tối thiểu hóa thể tích bê tông kết cấu tường chắn và bản đáy của một công trình thực tế phía sau cầu tàu, chịu đồng thời các nhóm ràng buộc kỹ thuật theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. Mô hình phần tử hữu hạn SAP2000 được liên kết trực tiếp với MATLAB qua giao diện COM, cho phép SFOA cập nhật 6 biến chiều dày của các vùng kết cấu và đánh giá phản hồi kết cấu bằng phân tích phần tử hữu hạn (FEM) trong từng bước lặp.
Phương pháp tối ưu có thể giảm thể tích bê tông so với phương án kết cấu hiện hữu.
Các nhóm ràng buộc gồm sức chịu tải cọc, chuyển vị ngang đỉnh tường, khả năng chịu cắt, bề rộng vết nứt và chọc thủng bản đáy theo từng cọc. Kết quả tối ưu với quần thể 50 cá thể, 50 vòng lặp cho thể tích bê tông 231,16 m³, giảm thể tích bê tông 52,98 m³ (18,65%) so với phương án kết cấu hiện hữu (284,14 m³); đường cong hội tụ ổn định từ vòng lặp thứ 34 trở đi.
Kết quả cho thấy phương pháp tối ưu có khả năng phân bổ lại chiều dày giữa các vùng kết cấu theo mức độ yêu cầu chịu lực, qua đó giảm thể tích bê tông so với phương án kết cấu hiện hữu.
Kết cấu tường chắn phía sau cầu tàu, trong nghiên cứu này là kết cấu chắn đất phía sau cầu tàu, bố trí tại khu vực tiếp giáp giữa công trình cầu tàu và bãi phía sau bến, có chức năng giữ ổn định khối đất đắp và bảo vệ mặt bãi sau bến. Kết cấu tường chắn gồm các bộ phận bản đáy, tường mặt và tường cánh, thường được chia thành các vùng có chiều dày khác nhau theo cao trình và vị trí nhằm phù hợp với sự phân bố nội lực thực tế.
Do đó, thể tích bê tông của kết cấu phụ thuộc đồng thời vào nhiều biến thiết kế là chiều dày của các vùng kết cấu. Trong thiết kế theo phương pháp thông thường, tiết diện thường được lựa chọn sơ bộ dựa trên kinh nghiệm và yêu cầu cấu tạo, sau đó kiểm tra tuần tự từng tiết diện. Cách tiếp cận này khó xác định đồng thời tổ hợp chiều dày tối thiểu cho tất cả các vùng mà vẫn thỏa mãn các ràng buộc kỹ thuật, có thể dẫn đến dư thừa khả năng chịu lực cục bộ và làm tăng thế tích bê tông sử dụng.
Nghiên cứu đã xây dựng và áp dụng khung tính toán kết hợp SAP2000-MATLAB và thuật toán SFOA để tối ưu 6 biến chiều dày của kết cấu tường chắn phía sau cầu tàu, đồng thời kiểm tra 5 nhóm ràng buộc kỹ thuật theo các tiêu chuẩn phù hợp với công trình bến cảng biển.
Đối với công trình khảo sát, nghiệm tối ưu cho thể tích bê tông 231,16 m³, giảm 52,98 m³, tương đương 18,65% so với phương án kết cấu hiện hữu. Nghiệm thu được thỏa mãn toàn bộ các ràng buộc kiểm tra và ổn định ở các vòng lặp cuối của quá trình tối ưu.
Kết quả hiện mới dừng ở tối ưu chiều dày và kiểm tra ràng buộc trong mô hình tính toán; hậu kiểm bổ sung cho thấy nghiệm tối ưu cũng thỏa mãn điều kiện chọc thủng theo EN 1992-1-1 với tỷ số sử dụng lớn nhất 0,41. Việc hoàn thiện chi tiết cốt thép cần được thực hiện ở bước thiết kế tiếp theo trước khi áp dụng cho thiết kế thi công.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Build.Data
