Các vấn đề tối ưu trong thiết kế CTB

Đặt vấn đề:
Đối với các công trình biển, do điều kiện làm việc liên tục và lâu dài ở ngoài biển, chịu tác động của môi trường khắc nghiệt, các điều kiện khác cũng không giống như trên đất liền nên đặc điểm riêng nổi bật là yêu cầu, tiêu chuẩn kỹ thuật rất cao. Do vậy, đối với mỗi công trình việc đưa ra các giải pháp thiết kế sao cho phù hợp với các yêu cầu về chức năng và nhiệm vụ là một bài toán phức tạp, đòi hỏi người thiết kế phải có kinh nghiệm và công cụ tính toán mạnh. Việc lựa chọn một phương án tối ưu có tính quyết định đến chất lượng và giá thành của công trình sau này. Phương án được chọn phải thỏa mãn 3 yêu cầu sau:
- Tính kỹ thuật: Các yêu cầu về công năng của công trình, thường do chủ đầu tư quyết định.
- Tính khả thi: Phương án được chọn đảm bảo thi công được.
- Tính kinh tế: Phương án được chọn có giá thành hợp lý, khi đi vào thi công và vận hành đạt hiệu quả cao nhất.
Chính vì vậy, việc xây dựng và lựa chọn các phương án thiết kế là giai đoạn quan trọng nhất trong thiết kế công trình, mỗi một phương án đưa ra là cả một quá trình tích luỹ lớn về kiến thức và kinh nghiệm thiết kế. Việc thiết kế phương án tối ưu đòi hỏi nhiều lần tính lặp kết hợp với kinh nghiệm thiết kế dày dặn
Giải quyết vấn đề
Phương án được chọn phải thỏa mãn tối ưu về kỹ thuật, khả thi và kinh tế. Đó là bài toán tối ưu đa mục tiêu.
- Tối ưu hoá kết cấu
+ Tối ưu hoá hình học: Tính toán lựa chọn số lượng, vị trí các phần tử kết cấu sao cho tối ưu về trọng lượng và hợp lý về chịu lực.
+ Tối ưu hoá tiết diện: Tiết diện của các phần tử phải phù hợp với điều kiện chịu lực khi kết cấu làm việc.
+ Tối ưu hoá tải trọng: Kết cấu được chọn chịu tải trọng bé nhất và ít chịu ảnh hưởng của môi trường.
+ Tối ưu hoá liên kết: Các liên kết của kết cấu phải đảm bảo được tính chất chịu lực cũng như tính siêu tĩnh của kết cấu, đảm bảo thuận lợi cho quá trình thi công…
- Tối ưu hoá trong thi công công trình: Thi công công trình biển là rất phức tạp bởi điều kiện thi công phức tạp, tính rủi ro cao. Do vậy, ảnh hưởng rất lớn đến giá thành công trình nên tối ưu trong thi công chỉ dừng lại ở kinh nghiệm và những xu hướng thi công đã được thực tế kiểm nghiệm là đúng đắn: sử dụng những liên kết đơn giản, và ít nút trong kết cấu. Điều đó cho phép giảm thiểu thời gian thi công chế tạo, dễ lắp ráp, dễ kiểm tra và tránh được sự tập trung ứng suất.
- Khả năng mô phỏng của người thiết kế: Xây dựng phương án thiết kế công trình biển đã được đơn giản khi mô phỏng, bởi lẽ trong quá trình thiết kế, để đơn giản người thiết kế đã giản ước nhiều yếu tố trong khi điều kiện tải trọng và kết cấu là rất phức tạp và có nhiều yếu tố chưa được xét hết.
Khả năng của chương trình tính toán và lý thuyết toán học: Lý thuyết tối ưu là một lĩnh vực toán học mới, được bắt đầu từ sự ra đời của phương pháp đơn hình vào năm 1947 do Dantzig khởi nguyên. Cho đến nay đã có những thành tựu to lớn về lý thuyết cũng như ứng dụng, song trong lĩnh vực kết cấu mới chỉ dừng lại ở những bài toán nhỏ (kết cấu chịu tải trọng tĩnh dạng tấm, conson hoặc khung phẳng…). Bên cạnh đó các chương trình tính toán mặc dù có những bước đột phá nhưng chưa đủ để giải quyết bài toán tối ưu hoá đa mục tiêu và nhiều thông số trong thiết kế công trình biển