通过混合萤火虫群算法进行预制预应力混凝土U型梁道路桥梁的成本和CO2排放优化外文翻译资料

英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

通过混合萤火虫群算法进行预制预应力混凝土U型梁道路桥梁的成本和CO2排放优化

Viacute;ctorYepes⁎，Joseacute;V.Martiacute;，TatianaGarciacute;a-Segura

混凝土科学与技术研究所（ICITECH），瓦伦西亚大学波利尼西亚大学，46022瓦伦西亚

摘要

文章历史：本文介绍了一种在设计具有双U形横截面的预制预应力混凝土公路桥梁时优化成本和二氧化碳排放量的方法。最后，混合辉光虫群优化算法（SAGSO）用于组合局部搜索与模拟退火（SA）和全球搜索与辉光虫群优化（GSO）的协同效应。解决方案由40个变量定义，包括梁和板的几何形状，材料和稳固加强。关于材料，高强度混凝土也被用于自密实混凝土中。结果为工程师提供了设计PC预制桥梁的有用指南。分析还显示，将成本降低1欧元可以节省高达1.75公斤的二氧化碳排放量。最后，参数研究表明，在货币成本方面的最佳解决方案具有相当令人满意的环境结果，并且与已有的最好的环境解决方案仅略有不同

copy;2014 Elsevier B.V.版权所有

1 绪论

如今，全球变暖和我们逐渐恶化的地球都是引起关注的原因。 在全球发展的背景下，建设活动对环境的影响是巨大的。虽然已经体现出的温室气体（GHG）排放受到京都议定书的限制，建筑行业产生的温室气体仍然占据全球排放量的40-50％。 根据环境保护局（EPA），建筑物应为美国38％的二氧化碳（CO2）排放负责。 此外，水泥行业产生了5%的世界温室气体排放。 因此，它还不足以被廉价而有效地建造; 施工应节省不可再生的自然资源和尊重环境。 这促进了与建筑领域可持续性相关的研究。

对于混凝土结构，不仅可以通过回收和使用如低碳水泥和熟料替代品等的新兴材料实现二氧化碳排放的节约，也可以通过减少在设计阶段和施工阶段每种结构材料的单位CO2排放来实现。Hasanbeigi et al 如果从与单位混凝土生产有关的公开来源收集信息，这样的库存数据当然取决于生产现场的地方条件，如气候，能源，运输距离和设备的一般条件和工厂设施。建筑材料占75％左右施工过程的CO2总排放量。特纳和柯林斯提出了一项包括能源消耗活动的研究与地质聚合物和普通硅酸盐水泥的原材料，制造和混凝土建筑的采矿和运输的研究。Garciacute;a-Segura et al。用于评估加固钢筋混凝土结构在其使用寿命期间和拆除后并作为砾石充填材料再利用时二氧化碳排放和二氧化碳捕获能力。然而，当试图计算二氧化碳排放量时，对于施工方法或过程的考虑通常不包括在这些计算中，如运输的批量混凝土以及现场放置活动如泵送，振动和整理混凝土消耗柴油。然而，我们发现对于总的混凝土排放量来说这些建筑活动只贡献了很少一部分。

因此，将混凝土结构施工中的排放最小化纳入设计标准是非常重要的。 为此，已经详细阐述了测量材料 - 环境影响的数据库。这些数据库已被Paya-Zaforteza和Yepes et al等人用来进行研究比较基于二氧化碳效率的优化设计和加固钢筋混凝土（RC）建筑框架和墙壁的成本设计。营和Assadollahi [17]Camp和Huq分别对二氧化碳排放量和RC底脚和框架的结构成本进行了优化。Park等人提出了高层建筑钢筋混凝土柱的优化技术，同时考虑了结构设计阶段的结构成本和二氧化碳排放。Yeo和Potra对RC力矩框架进行了类似的研究，而Medeiros 和Kripka提出了矩形RC柱段的货币和环境成本的最小化。Fernandez-Ceniceros等人的工作提出了基于实施CO2和单向楼板总成本的决策标准。本文通过将二氧化碳排放目标纳入寻找预制预应力混凝土U型桥梁桥梁的最佳设计来解决可持续发展挑战。

在这种情况下，预制施工具有社会和环境效益，并且在高生产量可能导致相应的成本和施工时间节省的情况下被证明是值得的。Horvarth和Herndrickson发现，对于特定位置的等效桥梁的初始建造，钢筋混凝土桥通常比钢桥具有较低的环境影响，尽管事实上，桥梁设计寿命和相关数据不确定性的不确定性使得基于年度化环境困难的比较变得困难。大多数西班牙公路桥梁由预制预应力混凝土（PC）梁构成。在其他欧洲国家和美国，预制PC波束甲板更常见。这种类型通常在涉及长距离时被用到。世界上最长的桥梁（2011年的“丹阳昆山大桥”）就是这样一个长达164.8公里长的高架桥，长达80米。美国最长的桥梁是彭亨特伦克湖铜锣湾（1956），长38.4公里，跨越45.7米，是世界排名第七。因此，由于制造过程中所需的大量材料，这种大型和重复结构的结构优化是研究兴趣所在的领域。

PC梁优化是多年前考虑的经典问题; 然而，如Hernandez等人已经建议文献中发现的大多数PC桥接方法不适用于现实生活中的应用。虽然对PC结构优化的研究很少，但文献确实包括一些关于优化实际钢筋混凝土（RC）结构的研究。Ohkubo等人研究了预应力混凝土箱梁桥梁，提出了总施工成本和审美感觉的多准则模糊优化。Sirca和Adeli和Ahsan等着重于混凝土----桥梁的成本优化设计。两者都用于预制和预应力混凝土梁，后者也采用后张拉筋。作者提出的较早的论文优化了预应力混凝土预制U型桥桥梁的成本，但具体的差异在下面进一步提及。Semelawy等人使用成本和来自约束边界的距离作为目标函数对预应力混凝土板进行优化。然而，PC结构的二氧化碳排放优化几乎没有被引起注意。在这种情况下，通过混合算法可以获得货币现实问题的最佳结果。不同算法的杂交背后的主要动机是利用不同优化策略的互补性。Blum等人提出了一个关于metaheuristics与其他技术的组合优化问题杂交的调查。

在这个研究中，提出了一种最佳设计方法，可以最大限度地减少PC预制道路桥梁结构设计的二氧化碳排放量和成本。在立交桥中使用这些U形梁被认为比I型梁的可比较的桥梁更美观，因为它需要较少的梁线，从而改善了从下方观察的外观。此外，这种类型的桥梁由于优异的电阻能力和承重能力元件重量比相比于其他混凝土梁更具有成本竞争力。这些桥梁通常由两个等静压梁（图1 PC预制道路桥梁纵剖面）形成，具有双层U形横截面，其整合用于道路交通的12m宽的上钢筋混凝土板（图2 双U形横截面）。梁把自密实混凝土（SCC）的使用，以及也可以使用的高强度混凝土板块作为创新方面。这种桥梁具有预制结构的优点，如工业建筑和可重复使用的模板，它们劳动时间短，交通干扰低。本研究所采用的方法包括从横截面尺寸，材料和钢筋方面开发计算机评估模块。该模块计算解决方案的二氧化碳排放量，并检查所有相关极限状态。提出的最优设计方法采用混合萤光虫群优化算法作为优化工具。该算法将GSO算法与SA局部搜索相结合。评估二氧化碳排放的目标函数以及桥梁材料生产，运输和建设过程中的经济成本。

图1 PC预制道路桥梁纵剖面

图2 双U形横截面

2 问题定义

2.1 优化问题定义

为本研究建立的结构设计问题目的是为了在等式（2）的限制下最小化公式的目标函数F（1）。

F（x_1,x₂,hellip;x_n） （1）

g_j（x_1,x₂,hellip;x_n）le; 0 （2）

x_iisin;（d_i1,d_i2,hellip;,d_in） （3）

注意x1，x2，...，xn是要优化的变量（设计变量）。 每个设计变量可以采用等式（3）。 方程式中定义的目标函数F （1）是二氧化碳排放量或成本。公式中的约束gj （2）都是结构必须遵守的服务极限状态（SLS）和最终极限状态（ULS），以及问题的几何和可构造性要求。

本研究根据施工过程中二氧化碳排放的功能分析可持续发展。为此，材料的价值取自数据库BEDEC [14]。将二氧化碳排放应用于施工分解的每个单位，从环境的角度对替代品进行比较分析。假设钢主要由电弧炉制成，约为回收废钢的40％。二氧化碳排放量定义在方程（4）中，其中ei是单位排放（表1和2），取决于设计变量，mi是施工单位总数r的测量值。需要注意的是，具体单位排放量由每个混合设计确定。水泥，骨料和水的生产排放量从数据库BEDEC获得[14]。增塑剂[39]和超增塑剂[40]取自欧洲混凝土外加剂协会联合会。关于硅灰，本研究认为废物不产生排放物[41]。梁的混凝土排放包括使用混合物，目的是为了加速固化过程，板坯混凝土排放包括运输和排放排放。然而，光束传输和放置需要单独考虑（见表2），因为这取决于光束长度[14]。

CO₂= （4）

成本在公式（5）中定义，其中pi是单位价格，mi是测量值。成本函数包括材料（混凝土，活动预应力钢，被动钢筋）和评估桥梁施工整体成本的所有要素。 单位价格是从西班牙承包商和预制结构分包商的调查中获得的，并且适应目前的价格。这些值在表1,3和4中给出[42]。

C= (5)

表格1

PC预制桥的单位价格和二氧化碳排放量。

您可能感兴趣的文章

• 质量和成本控制：医疗保险及其他外文翻译资料
• 估算废物处理厂建设成本的技术外文翻译资料
• 新建项目建筑废物上游估算方法外文翻译资料
• 基于安全防范的旧住宅小区电梯安装升级意愿路径研究外文翻译资料
• 埃塞俄比亚项目的规划和融资外文翻译资料
• 物业管理外文翻译资料
• 工程造价管理的阶段外文翻译资料
• 建设项目风险管理过程有效实施的关键成功因素模型外文翻译资料
• 项目管理成本、时间和质量，两个最佳猜测和一个现象，是接受其他成功标准的时间了外文翻译资料
• 项目成本控制：它的工作方式外文翻译资料