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 TẮT
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- đã
hình thành và phát triển mạnh mẽ do đòi hỏi cấp bách về kinh tế để thực hiện các chỉ tiêu tối
ưu: nhiều nhất, ít nhất, nhanh nhất, rẻ nhất, tốt nhất,… Ngày nay sự phát triển nhanh chóng
của kỹ thuật máy tính điện tử đã tạo khả năng thực tế cho việc tự động hóa thiết kế trên rất
nhiều lĩnh vực. Chẳng hạn như xác định các tham số của kết cấu xây dựng tối ưu theo tiêu
chuẩn giá thành rẻ nhất, tính toán lực căng chỉnh trong các dây văng để độ lệch mặt cầu so với
đường đỏ mặt cầu mong muốn nhỏ nhất, chọn kích thước các mặt cắt bộ phận kết cấu sao cho
thỏa mãn các tiêu chuẩn kiểm tra và khối lượng vật liệu nhỏ nhất,… đó là những ví dụ về bài
toán thiết kế tối ưu.
Hiện nay có một số chương trình phân tích và thiết kế kết cấu bằng phương pháp phần
tử hữu hạn đã tích hợp thêm môđun thiết kế tối ưu (optimal design) như SAP2000, MIDAS-

- Thực hiện lệnh thiết kế kết cấu: Khai báo
các thông số cho bài toán thiết kế, thực hiện lệnh
thiết kế.

Thực hiện lệnh thiết kế tối ưu: Gọi môđun thiết
kế tối ưu (Steel optimal Design… khi thiết kế tối ưu
kết cấu thép hoặc SRC optimal Design… khi thiết kế
tối ưu kết cấu bê tông cốt cứng).

Có thể là tối ưu các kích thước cho một tiết diện
hoặc tối ưu cho tất cả tiết diện của kết cấu để đạt
được mục tiêu khối lượng vật liệu toàn kết cấu nhỏ
nhất.

- Khi thiết kế tối ưu kết cấu thép MIDAS tự động thay đổi dạng mặt cắt hoặc các kích
thước mặt cắt để đạt mục tiêu trọng lượng toàn kết cấu nhỏ nhất nhưng vẫn thỏa mãn các điều
kiện kiểm tra cường độ và độ mảnh theo tiêu chuẩn thiết kế đã lựa chọn. Khi thiết kế tối ưu
kết cấu bê tông cốt cứng (SRC), MIDAS chỉ tự động thay đổi kích thước mặt cắt phần thép
hình 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 chỉnh
trong các dây văng trên cở sở thỏa mãn hàm mục tiêu đã chọn.

Hình 6. Mô hình không gian cầu trong Midas
Hình 7. Sơ đồ tính của cầu 3.2. Hàm mục tiêu của bài toán
Kết cấu này có hai cách căng cáp:
- Xem cáp văng như những bó cáp dự ứng lực ngoài và ta tiến hành căng với lực căng
giới hạn của cáp dự ứng lực (ứng suất căng 0.8fy).
- Căng cáp văng với lực căng điều chỉnh.
Mục tiêu điều chỉnh nội lực là momen dương tại một số vị trí dưới tác dụng tỉnh tải
giai đoạn 1 đạt một giá trị nào đó để biểu đồ môn men do tỉnh tải bản thân dầm và cáp văng
phù hợp với quá trình thi công hẫng dầm (Mô men âm tại gối lớn, mô men dương ở giữa nhịp
lớn). Cụ thể là Mômen tại đoạn giữa nhịp giữa và giữa nhịp biên nằm trong khoảng -95000
đến 95000 KN.m.
Các phần từ là hàm mục tiêu: (đây chính những phần tử từ dây thứ 2 trở đi ra xa trụ)
Bảng1. Bảng giá trị mục tiêu cần đạt trong dầm

Nhịp Tên phần tử
Giá trị mômen cần đạt
(KN.m)
Biên trái 1;2;3;4;5;6;7;8;9;10;11;12;13 -95000 đến 95000
Giữa
49;50;51;52;53;54;55;56;57;58;59;
60;61;62;63;64;65;66;67;68;69

Bảng 2. Bảng giá trị lực căng sau khi điều chỉnh nội lực
Cáp văng

Lực căng (KN) Cáp văng

Lực căng (KN)
1 10456.840 9 10639.954
2 8483.278 10 8478.709
3 6648.248 11 6643.379
4 5092.824 12 5087.521
5 3809.306 13 3808.186
6 2751.586 14 2749.073
7 1898.583 15 1906.881
8 1132.819 16 1190.445
4. Kết luận
Phần mềm MIDAS-Civil là phần mềm phân tích và thiết kế cầu khá hay và thuận tiện,
ngoài một số ưu điểm nổi bật như: Giao diện đồ họa mạnh, dễ khai thác sử dụng, xuất kết quả
chi tiết, hỗ trợ nhiều mô hình cầu mẫu theo nhiều dạng công nghệ, khả năng phân tích phi
tuyến hình học, xét các hiệu ứng thay đổi theo thời gian (từ biến, co ngót, chùng rão vật liệu),
tối ưu hóa mặt cắt… còn có tính năng Get Unknown factor… tính toán lực điều chỉnh theo
mô hình bài toán tối ưu. Có thể khai thác tính năng này để thực hiện một số dạng bài toán
điều chỉnh nội lực trong kết cấu cầu treo, cầu dây văng, cầu kiểu Extradosed, cầu dự ứng lực
ngoài, cầu liên hợp, tăng cường cầu cũ… TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05.
[2] Lê Đình Tâm, “Cầu bê tông cốt thép trên đường ô tô”, Nhà xuất bản Xây dựng, 2005.