بهینه سازی هزینه و انتشار گاز CO2 پل های راه دارای تیر بتنی پیش تنیده - پیش ساخته U شکل
چکیده
این مقاله روشی را جهت بهینه سازی هزینه و انتشار گاز CO_2 هنگام طراحی پل های راه بتنی پیش تنیده- پیش ساخته با مقطع عرضی U شکل دوبل را ارائه می کند. بدین منظور، یک الگوریتم ترکیبی بهینه سازی ازدحام کرم شب تاب (SAGSO) به منظور ترکیب اثر توام تحقیق محلی با الگوریتم تبرید شبیه سازی شده (SA) و تحقیق کلی با بهینه سازی ازدحام کرم شب تاب (GSO) مورد استفاده قرار می گیرد. جواب با 40 متغیر شامل هندسه، مصالح و میلگرد گذاری تیر و دال تعریف می شود. در خصوص مصالح، از بتن با مقاومت زیاد و همچنین بتن خود تراکم در تیر ها استفاده شده است. نتایج به عنوان مرجع و راهنمایی مناسب برای مهندسین جهت طراحی پل های pc پیش ساخته قابل استفاده می باشند. همچنین تحلیل ها نشان می دهند که کاهش هزینه به میزان 1 یورو موجب ذخیره بیش از 1.75 کیلوگرم در میزان انتشار CO_2 می گردد. در نهایت، مطالعه پارامتریک نشان می دهد که جواب های بهینه بر حسب هزینه های ماهانه دارای پیامد محیطی نسبتا مناسبی بوده و دارای تفاوت کمی از نظر بهترین راه حل محیطی احتمالی به دست آمده می باشد.
مقدمه
امروزه، گرم شدن زمین و نابودی تدیجی سیاره ما موجب بروز نگرانی بشر شده است. در مورد توسعه زمین، اثر محیطی فعالیت های ساختمانی قابل توجه می باشد. هر چند که انتشار گاز های گلخانه ای (CHG) به وسیله پروتکل کیوتو محدود شده است، صنعت ساختمان همچنان 40-50% کل انتشار CHG در جهان را به خود اختصاص داده است. بر اساس گزارش سازمان حفاظت از محیط زیست (EPA)، ساختمان ها مسئول %38 کل انتشار کربن دی اکسید (CO_2) آمریکا می باشند. علاوه براین، صنعت سیمان %5 کل انتشار GHG را در جهان به خود اختصاص داده است. در نتیجه، امکان ساخت و ساز به صورت موثر و ارزان به تنهایی کفایت نمی کند؛ بایستی ساخت و ساز بتواند منابع طبیعی غیر قابل تجدید را ذخیره کرده و به محیط زیست احترام بگذارد. این موضوع موجب گسترش تحقیق در مورد ثبات در موضوع ساخت و ساز شده است.
5. نتیجه گیری
در این مقاله، یک روش ترکیبی با الگوریتم تبرید شبیه سازی شده و الگوریتم بهینه سازی ازدحام کرم شب تاب (SAGSO) ارائه شده و جهت بهینه سازی پل های راه پیش ساخته PC به وسیله دو تیر ایزواستاتیک با یک مقطع عرضی U شکل دوبل ارائه شده است. دو تابع هدف در این تحقیق در نظر گرفته شده اند: انتشار گاز CO_2 و هزینه پل PC در مراحل مختلف تولید مصالح، انتقال و ساخت. آزمایشات محاسباتی گسترده با مجموعه ای از پنج طول دهانه برای پل نشان می دهند که SAGSO به عنوان یک الگوریتم مناسب برای طراحی خودکار پیشرفته پل های پیش ساخته PC استفاده شده در ساخت راه به شمار می آید که موجب کاهش انتشار گاز CO_2 و هزینه شده است. تحلیل نشان می دهد که میزان انتشار گاز CO_2 و هزینه دارای ارتباط نزدیکی به یکدیگر بوده و به عنوان یک قاعده کلی، کاهش هزینه به میزان یک یورو منجر به صرفه جویی 1.75 کیلوگرم در میزان انتشار CO_2 می گردد. از این رو، راه حل هایی که برای حالت های انتشار قابل قبول می باشند، برای هزینه و بالعکس نیز مفید می باشند. تحقیق پارامتریک نشان دهنده یک رابطه مناسب برای عمق تیر، ضخامت دال، تعداد استرند ها و مقاومت فشاری مشخصه بتن می باشند که برای طراحی روزانه پل های پیش ساخته PC مفید خواهند بود. مقادیر بیشتر و کمتر میلگرد گذاری در تیر ها و دال ها جهت بهینه سازی CO_2 مشاهده شده اند. با توجه به بتن، حجم بیشتر بتن هنگام بهینه انتشار مورد استفاده قرار می گیرند. بایستی توجه داشت که تکرار طراحی سازه های PC موجب افزایش صرفه جویی در هزینه ها می گردد. تحلیل درجه حساسیت هزینه اعمال شده به یک پل پیش ساخته PC با دهانه 35 متر نشان می دهد که حداکثر افزایش %20 در هزینه های فولاد منجر به افزایش %10.27 هزینه می گردد، در حالی که افزایش %20 هزینه های بتن تنها موجب افزایش %3.41 می شود. از سویی تغییر در حجم بتن به افزایش هزینه ارتباطی ندارد. با توجه به این موضوع، این روش ترکیبی اشاره شده، نسبتا انعطاف پذیر بوده و می توان آن را به سادگی به نحوی اصلاح کرده و تعمیم داد که مهندسین سازه انتشار CO_2 را در طراحی های سازه ای خود کاهش دهند.
Abstract
This paper describes a methodology to optimize cost and CO2 emissions when designing precast–prestressed concrete road bridges with a double U-shape cross-section. To this end, a hybrid glowworm swarm optimization algorithm (SAGSO) is used to combine the synergy effect of the local search with simulated annealing (SA) and the global search with glowworm swarm optimization (GSO). The solution is defined by 40 variables, including the geometry, materials and reinforcement of the beam and the slab. Regarding the material, high strength concrete is used as well as self-compacting concrete in beams. Results provide engineers with useful guidelines to design PC precast bridges. The analysis also revealed that reducing costs by 1 Euro can save up to 1.75 kg in CO2 emissions. Finally, the parametric study indicates that optimal solutions in terms of monetary costs have quite a satisfactory environmental outcome and differ only slightly from the best possible environmental solution obtained.
1. Introduction
Nowadays, global warming and the gradual deterioration of our planet are both causes for concern. Within the global development context, the environmental impact of construction activities is significant. While the embodied greenhouse gas (GHG) emissions were limited by the Kyoto Protocol, the construction industry continues to generate 40–50% of all global GHG emissions [1]. According to the Environmental Protection Agency (EPA), buildings are responsible for 38% of the entire carbon dioxide (CO2) emissions of the United States [2]. Furthermore, the cement industry produces 5% of world's GHG emissions [3]. Consequently, it is not enough to build cheaply and efficiently; construction should save non-renewable natural resources and respect the environment. This has promoted research related to sustainability in the field of construction.
5. Conclusions
In this paper, a hybrid method combining simulated annealing with glowworm swarm optimization (SAGSO) algorithms is presented and employed to optimize PC precast road bridges formed by two isostatic beams with a double U-shaped cross-section. Two objective functions are considered: the CO2 emissions and cost of the PC bridge at the different stages of material production, transportation and construction. The extensive computational experiments with a set of five span lengths for the bridge indicate that SAGSO is an efficient algorithm for the advanced automatic design of real PC precast bridges used in road construction that reduced the CO2 emissions and the cost. The analysis reveals that CO2 emissions and cost are closely related and, as a rule of thumb, a euro reduction in cost results in savings of 1.75 kg in CO2 emissions. Thus, the solutions which are acceptable for emissions are also viable in terms of cost and vice versa. The parametric study shows a good correlation for both the depth of the beam, the thickness of the slab, the number of strands and the characteristic compressive strength of concrete, which can be useful for the day-to-day design of PC precast bridges. Greater and lesser amounts of passive reinforcement are observed in the beams and the slab, respectively, for CO2-optimization. Regarding concrete, larger volumes are used when optimizing the emission. It must be noted that the repetition of the PC structures increases the economic savings. A cost sensitivity analysis applied to a PC precast bridge with a 35 m span indicates that a maximum 20% rise in steel costs leads to a 10.27% increase in the cost, while a 20% rise in concrete costs only increases the cost up to 3.41%; surprisingly, the variation in the volume of concrete is almost insensitive to its rising price. To conclude, this hybrid method, described herein, is quite flexible and can easily be modified and extended so that structural engineers may reduce CO2 emissions in their structural designs.
چکیده
1. مقدمه
2. تعریف مسئله
2.1 تعریف مسئله بهینه سازی
2.2 متغیر های طراحی و پارامتر ها
2.3 ماژول ارزیابی ساختاری
3 . الگوریتم ترکیبی بهینه سازی ازدحام کرم شب تاب
4. نتایج آزمایشات عددی و تحقیق پارامتریک
5. نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. Problem definition
2.1. Optimization problem definition
2.2. Design variables and parameters
2.3. Structural evaluation module
3. Hybrid glowworm swarm optimization algorithm
4. Results from numerical experiments and parametrical study
5. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه