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Design optimization of continuous partially prestressed concrete beams

Department of Civil Engineering, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Box no. 454, Dhahran 31261, Saudi Arabia
Computers & Structures (Impact Factor: 2.18). 01/1995; DOI: 10.1016/0045-7949(94)00481-H

ABSTRACT An effective formulation for optimum design of two-span continuous partially prestressed concrete beams is described in this paper. Variable prestressing forces along the tendon profile, which may be jacked from one end or both ends with flexibility in the overlapping range and location, and the induced secondary effects are considered. The imposed constraints are on flexural stresses, ultimate flexural strength, cracking moment, ultimate shear strength, reinforcement limits cross-section dimensions, and cable profile geometries. These constraints are formulated in accordance with ACI (American Concrete Institute) code provisions. The capabilities of the program to solve several engineering problems are presented.

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    ABSTRACT: Topologically optimized granular-solid structures from additive manufacturing processes have impending applications as lightweight load bearing structures. To facilitate application, a procedure for characterizing optimal structural performance is devised for the design optimization of ‘end-use’ functional structures. An approach capable of realizing this objective is presented and demonstrated for horizontal prismatic beams produced from Nylon-12 granular-solid polymer, by Selective Laser Sintering (SLS). It combines topology (or layout) optimization, calibration of material parameters, and finite element (FE) modelling. The metamorphic development (MD) method forms the basis of an adaptive growth and degeneration optimization by material distribution approach. Experimental measurements are used to calibrate a bimodulus constitutive Drucker–Prager (D–P) model. Simply-supported three-point bending (3PB) tests are used to assess the fidelity of optimized beams on the basis of numerically predicted performance.
    International Journal of Solids and Structures 01/2009; 46(3):726-740. · 2.04 Impact Factor
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    ABSTRACT: Los tableros losa de hormigón pretensado son una tipología habitualmente empleada en España para resolver estructuras de pasos superiores. Su optimización presenta un gran interés para conseguir diseños más económicos, que permitan un mayor aprovechamiento de los recursos que requieren. Las contribuciones a esta materia son escasas y han adolecido de un carácter extemadamente teórico que ha dificultado su aplicación por parte de ingenieros proyectistas. El objetivo de este trabajo ha sido el de aplicar técnicas de optimización estructural a esta tipología. Se han empleado técnicas metaheurísticas, puesto que permiten plantear el problema de un modo más complejo, aprovechando par una definición completa de tablero y de todos sus componentes, al tiempo que ha permitido imponer todas las comprobaciones que la normativa exige para este tipo de estructuras. Para definir las características del problema ha sido necesario distinguir entre los tableros aligerados y los macizos, dado que ha resultado imposible considerar a uno un caso particular del otro. Se ha implementado un programa informático que incluye las siguientes funciones: generación aletatoria de un tablero, comprobación automática de un tablero, evaluación de su coste a partir de las mediciones completas de todos sus componentes y tres algoritmos de optimización heurística implementados basados en tres metaheurísticas, pertenecientes a los denominados algoritmos de mejora local. Para la calibración de los algoritmos se han efectuado pruebas con diferentes parametrizaciones. La comparación de los resultados ha permitido descartar el algoritmo OBA pormostrar una menor eficacia para las parametrizaciones ensayadas. Los algoritmos SA y TA, por el contrario, muestran resultados muy similares, por lo que han efectuado pruebas de inferencia estadística consistentes en diferentes test de hipótesis. Los resultados no han sido capaces de determinar la heurística más eficaz de las dos.
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    ABSTRACT: Los tableros de vigas prefabricadas de hormigón pretensado se utilizan habitualmente en todo el mundo para resolver estructuras de viaductos y de pasos superiores sobre carreteras. Son escasos los trabajos de inestigación encaminados a la optimización económica de estas estructuras, donde la mayoría se han centrado en la reducción de las fuerzas de pretensado y han padecido de un signo considerablemente teórico, sin mejorar el aprovechamiento de los recursos que requieren, lo que ha dificultado su aplicación sobre los proyectos de ejecución. En la búsqueda bibliográfica, no se ha encontrado trabajo alguno enfocado a la optimización heurística económica de este tipo de estructuras. Ante el hueco existente en el espectro de la investigación, el enfoque de este trabajo está basado en la aplicación de distintas técnicas de optimización económica a esta tipología. Se han elegido técnicas metaheurísticas para poder plantear el problema lo más completo posible, donde se define todo el tablero y sus armados, y se realizan las comprobaciones que marca la normativa española. Se han analizado diferentes proyectos con esta tipología estructural, donde se han estudiado diseños de vigas artesa de distintos fabricantes, elegiendo una de ellas como modelo para realizar el presente estudio, y dejando la opción para adaptar la tipología a cualquiera de los otros diseños que se fabrican. A continuación se ha desarrollado un programa informatico en lenguage FORTRAN que incluye diferentes módulos: generación de la estructura, comprobación estructural y evaluación económica. El estudio se realiza sobre un tablero de 12 metros de ancho, con 11 de calzada, luz entre apoyos de 35 metros, y separación entre vigas de 6 metros. El estudio de los métodos heurísticos sobre el tablero, se realiza mediante la comparación de ocho distintos tipos de algoritmos: la estrategia de saltos múltiples aleatorios (RW), tres métodos de búsqueda local y cuatro de búsqueda poblacional.