nedushan
-
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:9 Issue: 4, Autumn 2019, PP 629 -650In this paper, the bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) method is used to find optimal layouts of 3D prestressed concrete beams. Considering the element sensitivity number as the design variable, the mathematical formulation of topology optimization is developed based on the ABAQUS finite element software package. The surface-to-surface contact with a small sliding between concrete and prestressing steels is assumed to accurately model the prestressing effects. The concrete constitutive model used is the concrete damaged plasticity (CDP) model in ABAQUS. The integration of the optimization algorithm and finite element analysis (FEA) tools is done by using the ABAQUS scripting interface. A pretensioned prestressed simply supported beam is modeled to show capabilities of the proposed method in finding optimal topologies of prestressed concrete beams. Many issues relating to topology optimization of prestressed concrete beams such as the effects of prestressing stress, geometrical discontinuities and height constraints on optimal designs and strut-and-tie models (STMs) are studied in the example. The results show that the proposed method can efficiently be used for layout optimization of prestressed concrete beams.Keywords: topology optimization, strut-and-tie models, 3D pretensioned concrete, material nonlinearity
-
در این پژوهش تاثیر ورق پوشش سقف و عملکرد تنش پوسته ها در طراحی بهینه سوله های قوسی مورد بررسی قرار می گیرد. طبق عملکرد تنش پوسته ها، بخشی از نیروی افقی وارد بر سازه، توسط دیافراگم و بخشی توسط قاب تحمل می شود و قاب ها برای نیروی کمتر طراحی می گردند در نتیجه این عملکرد نقش اساسی در طراحی بهینه سوله ها خواهد داشت. تئوری فنر معادل، روش مورد استفاده برای طراحی این عملکرد در این پژوهش می باشد. جهت طراحی سریع و آسان سوله ها، با برقراری ارتباط بین نرم افزارهای Sap2000 و Matlab و استفاده از الگوریتم ژنتیک، نرم افزار طراحی سوله فراهم شده است که این نرم افزار با استفاده از ابعاد سوله و شرایط محیطی محل استقرار سوله، به هر دو روش تنش مجاز و عملکرد تنش پوسته ها به طراحی سازه با بهترین مقاطع می پردازد. توسط این نرم افزار هفت سوله قوسی با ابعاد دهانه، طول، تعداد قاب و ارتفاع ستون متفاوت با ضخامت پوشش سقف 5/0 و 7/0 میلی متر طراحی و عملکرد تنش پوسته ها در آن ها بررسی می شود. تابع هدف وزن سازه است و مسئله شامل 8 متغیر طراحی می باشد. بررسی نتایج این مقاله نشان می دهد که عملکرد تنش پوسته ها بیش از 20 درصد در کاهش وزن تاثیر دارد و میزان این تاثیر به ابعاد سازه وابسته است به طوریکه افزایش ارتفاع ستون ها حدود 10 درصد تاثیر این عملکرد را افزایش می دهد و افزایش دهانه سوله از تاثیر عملکرد تنش پوسته-ای بیش از 5 درصد می کاهد. افزایش تعداد قاب ها و تغییر طول سازه تاثیری ناچیز و در حدود 1 یا 2 درصد دارد. تغییر ضخامت ورق پوشش به اندازه 2/0 میلی متر، حدود 3 درصد در کاهش بیشتر وزن موثر خواهد بود.کلید واژگان: بهینه سازی, سوله قوسی, عملکرد تنش پوسته ها, تئوری فنر معادل, الگوریتم ژنتیکThis article investigates the effect of the roof cover and the stressed skin action on the optimal design of curved portal frames. According to stressed skin effect, diaphragm is carrying part of the horizontal force of structure and the remaining part is carried out by the frames. Therefore, interior frames are designed for lower forces which, in turn, results in a lighter structure. Stressed skin effect is modelled using the equivalent spring theory. A program which links Sap2000 and genetic algorithm was developed that provides the best sections which result in the minimum weight of structure. Designs are performed by using the allowable stress design and stress skin effect. Seven curved portal frames with different span dimensions, lengths, number of frames and column heights are considered and optimally designed for roof cover with thickness of 0.5 mm and 0.7mm. The objective function is defined as the weight of the structure and the problem consists of eight design variables. The results show that consideration of the stressed skin effect results in a reduction of weight by more than 20% and that increasing the height of column results in 10% reduction of the weight. Moreover, it was observed that increasing the length of the span results in a 5% reduction in weight. Effects of increasing the number of frames and changing the length of the structure are negligible and are only about 1 or 2 percent of reduction in weight. Increase in the thickness of the roof cover sheet about 0.2 mm results in a decrease of the weight by about 3%.Keywords: Curved portal frames, Optimal design, Stressed skin effect, Equivalent spring theory, Genetic Algorithm
-
بهینه سازی توپولوژی پیوسته از جدیدترین روش های تعیین مدل خرپایی برای طراحی نواحی کرنش آشفته ی بتن مسلح است. در این پژوهش، با استفاده از تابع هدف کمینه سازی مجموع انرژی کرنشی کشسان، راهکاری برای تعیین مدل خرپایی اعضاء بتن مسلح تحت ترکیب بار استاتیکی افقی و عمودی پیشنهاد شده است. برای بررسی کارایی روش پیشنهادی، دو مسئله ی عددی بررسی شده است. در مسئله ی اول با تحلیل اجزاء محدود غیرخطی به بررسی مدل های به دست آمده با کسر حجمی متفاوت برای یک دیوار برشی تحت بار استاتیکی متقابل معکوس و در مسئله ی دوم با تعیین شرایط جدیدی برای مدل خرپایی بهینه، به صورت کیفی به بررسی مدل های به دست آمده با شعاع فیلترینگ متفاوت برای یک کربل تحت ترکیب بار استاتیکی افقی و عمودی پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی زمان تحلیل و طراحی را کاهش داده است و با انتخاب کسر حجمی و شعاع فیلترینگ مناسب می توان مدل های بهینه تری به دست آورد.
کلید واژگان: مدل خرپایی, بهینه سازی توپولوژی, بارگذاری چندگانه, دیوار برشی, کربلIn the last two decades, strut-and-tie model (STM) has been the most widely used method for design of reinforced concrete disturbed regions. Continuum topology optimization is the latest method for determining appropriate STM. This method does not have limitations of conventional methods.In this article, an efficient methodology is presented for development of STM for reinforced concrete members under multiple loading conditions. Solid isotropic material with penalization (SIMP) topology optimization algorithm is employed to minimize elastic strain energy of the models. In order to prevent checkerboard patterns and mesh dependency, the sensitivity filtering was applied and design variables were updated using the optimality criteria.Two numerical examples were used to investigate the effectiveness of the proposed methodology. The first example is a shear wall with asymmetric opening under reversed static loading. The ultimate load to steel weight ratio was used as the criteria to compare the models with different volume fractions. CAST software was used for analysis and design of models. Nonlinear Finite Element models were developed to obtain load-deflection curves for different models.In the second example, a new criterion was used to compare the STM of a corbel under horizontal and vertical static loads. Effects of different filtering radii were also investigated. The results of this example show that models obtained from topology optimization are efficient and require the minimal steel reinforcement when compared with conventional models. The results indicate that a volume fraction in the range of 0.35-0.45 leads to efficient and optimum models. A low filtering radius results in models with redundant members and a high filtering radius results in removal of members from model. It should be noted that using topology optimization under multiple loads also results in saving the CPU time for analysis and design.
Keywords: Strut-and-tie, topology optimization, multiple loads, Shear wall, corbel
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.