Optimization Aided Design: Reinforced Concrete – Georgios Gaganelis, Peter Mark, Patrick Forman – 1st Edition

Descripción

Este se basa en más de 15 años de trabajo de investigación en el Instituto de Estructuras de Hormigón (Universidad Ruhr de Bochum, Alemania) sobre temas relacionados con la optimización estructural y las estructuras de hormigón ligero. La motivación, entonces y ahora, deriva de dos razones fundamentales. Primero, el desafío climático y la necesidad relacionada de un menor consumo de . En segundo lugar, modernizar la industria de la a través de nuevas tecnologías que apuntan a métodos de diseño y construcción más sostenibles. Los conceptos desarrollados a partir del trabajo de investigación se combinan en este libro en un enfoque de diseño mejorado, que llamamos Diseño asistido por optimización (OAD). Desde estudiantes hasta investigadores y profesionales, este libro se dirige a todos los involucrados en la estructural. Aunque los conceptos se centran principalmente en estructuras de hormigón, por lo general son adaptables a una amplia gama de aplicaciones adicionales, independientemente del material utilizado.

Numerosos ejemplos computacionales sirven para una mejor comprensión de los métodos e invitan a descubrir el potencial de OAD. Las aplicaciones que se han implementado con éxito demuestran aún más la transferibilidad en la práctica y tienen la intención de servir de inspiración para proyectos futuros. Aparte de la introducción, el libro consta de dos partes. La primera parte sirve como introducción a los fundamentos del diseño de hormigón armado, por un lado, y la optimización estructural por el otro. Los capítulos 2 y 3 proporcionan una base general para comprender los métodos que se presentan a continuación. En ningún caso pretenden ser exhaustivos. Para un estudio más profundo de ambos temas, ya existen muchos libros excelentes de otros colegas. En este sentido, se hace referencia a la bibliografía.

La segunda parte del libro presenta OAD para estructuras de hormigón. Los métodos se presentan estructuralmente de afuera hacia adentro. Al hacerlo, primero se presentan enfoques para identificar la forma estructural externa, seguidos de métodos para diseñar la interna (disposición del refuerzo) y, finalmente, técnicas para la optimización de secciones transversales. Cada uno de los capítulos de OAD se divide en tres partes. Comienzan con una breve descripción del tema respaldada por una figura general representativa, lo que permite al lector decidir si el contenido posterior tiene relevancia para él o ella. Le sigue la sección principal, en la que se comentan exhaustivamente los métodos y se complementan con recomendaciones para su aplicación práctica.

Ver más
  • Foreword by Manfred Curbach
    Foreword by Werner Sobek
    Preface
    List of Examples
    Acronyms
    About the Authors
    Acknowledgments
    1 Introduction
    1.1 Preliminaries
    1.2 Outer and Inner Shaping
    1.3 Environmental Demands
    1.4 Optimization Aided Design (OAD)
    1.5 Structure of the Book
    References
    2 Fundamentals of Reinforced Concrete (RC) Design
    2.1 Basic Principles
    2.2 Verification Concept
    2.3 Safety Concept
    2.4 Materials
    2.4.1 Plain Concrete
    2.4.2 Fiber-Reinforced Concrete (FRC)
    2.4.3 Ultra-High Performance Concrete (UHPC)
    2.4.4 Reinforcement
    2.5 Load-Bearing Behavior pñ
    2.5.1 Bending Design
    2.5.1.1 Fundamentals
    2.5.1.2 Equilibrium for Composite Sections
    2.5.2 Strut-and-Tie Models (STMs)
    References
    3 Fundamentals of Structural Optimization
    3.1 Structural Optimization Approaches
    3.1.1 General Procedure
    3.1.2 Classification of Methods
    3.2 Problem Statement
    3.3 Lagrange Function
    3.4 Sensitivity Analysis
    3.4.1 Numerical Approach
    3.4.2 Analytical Approach
    3.5 Solution Methods
    3.5.1 Mathematical Programming
    3.5.2 Optimality Conditions (OC)
    References
    4 Identification of Structures
    4.1 One-material Structures
    4.1.1 Problem Statement
    4.1.2 Sensitivity Analysis
    4.1.3 Filtering
    4.1.4 Solving
    4.1.5 Optimization Process
    4.1.6 Multiple Load Cases
    4.2 One-material Stress-biased Structures
    4.2.1 Problem Statement
    4.2.2 Sensitivity Analysis and Stress Bias
    4.2.3 Solving
    4.2.4 Optimization Process
    4.3 Bi-material Structures
    4.3.1 Problem Statement
    4.3.2 Sensitivity Analysis and Stress Differentiation
    4.3.3 Bi-material Filtering
    4.3.4 Solving
    4.3.5 Optimization Process
    4.4 Examples
    4.4.1 One-material Structures
    4.4.2 One-material Stress-biased Structures
    4.4.3 Bi-material Structures
    4.5 Applications
    4.5.1 Solar Thermal Collectors
    4.5.1.1 Parabolic Trough Collectors
    4.5.1.2 Heliostats
    4.5.2 Ultra-light Beams
    References
    5 Internal Force Flow
    5.1 Preliminaries
    5.2 Continuum Topology Optimization (CTO) Approach
    5.3 Truss Topology Optimization (TTO) Approach
    5.3.1 Problem Statement
    5.3.2 Sensitivity Analysis and Solving
    5.3.3 Optimization Process
    5.3.4 Recommendations for Practical Application
    5.3.4.1 Setting Up the Optimization Problem
    5.3.4.2 Procedure
    5.4 Continuum-Truss Topology Optimization (CTTO) Approach
    5.4.1 Problem Statement
    5.4.2 Sensitivity Analysis and Solving
    5.4.3 Post-Processing
    5.4.4 Optimization Process
    5.5 Examples
    5.5.1 CTO Approach
    5.5.2 TTO Approach
    5.6 Applications
    5.6.1 Joints in Tunnel Linings
    5.6.2 Partial Area Loading in Tunnel Linings
    References
    6 Design of Cross-sections
    6.1 Problem Statement
    6.2 Equilibrium Iteration
    6.3 Sectional Optimization
    6.3.1 Reinforcement Amounts
    6.3.2 Cross-sectional Layout
    6.3.3 Material Weighting
    6.4 Solving
    6.4.1 Stress Integrals
    6.4.2 Optimization Problem
    6.5 Parameterization
    6.5.1 Plane Case
    6.5.2 Spatial Case
    6.5.3 Parameterization with Intentional Steering
    6.6 Examples
    6.6.1 Equilibrium Iteration
    6.6.2 Sectional Optimization
    References
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