Publikowanie artykułów jest możliwe po podpisaniu zgody na przeniesienie licencji na czasopismo.
Zastosowanie optymalizacji topologicznej w projektowaniu konstrukcji żelbetowych z wykorzystaniem modeli "Strut and Tie"
Karol Bołbotowski
Instytut Inżynierii Budowlanej; Wydział Inżynierii Lądowej; Politechnika Warszawska (Polska)
https://orcid.org/0000-0003-3489-9221
Michał Knauff
Katedra Inżynierii Budowlanej; Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska; Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego (Polska)
Tomasz Sokół
Katedra Inżynierii Budowlanej; Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska; Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego (Polska)
https://orcid.org/0000-0001-7777-6171
Abstrakt
Poglądowa, oparta na analizie kratownic idea modeli Strut and Tie sprawia, że są one często stosowane w praktyce. Zbudowanie modelu dobrze zgadzającego się z rzeczywistą pracą konstrukcji czasem bywa trudnym zadaniem. Tak np. rozpatrzony w referacie model naroża ramy przedstawiony w normie [7] i w pracy [8] może budzić zastrzeżenia. W niniejszej pracy zaproponowano metodę generowania modeli ST przy użyciu optymalizacji topologii kratownicy, rozpatrując zagadnienie minimalizacji objętości prętów rozciąganych modelu. Stworzono oprogramowanie wykorzystujące algorytm konstrukcji bazowej, w którym wprowadzono pewien sposób uwzględniania kosztu węzłów, co pozwoliło na uzyskiwanie optymalnych kratownic o racjonalnie małej liczbie prętów (w odróżnieniu od konstrukcji Michella). Dodatkowo zaimplementowano algorytmy pozwalające spełnić odpowiednie wytyczne Eurokodu 2. Korzystając z oprogramowania zaproponowano alternatywę dla modelu naroża ramy z tejże normy uzyskując znaczne oszczędności stali zbrojeniowej. Dzięki programowi rozwiązano także szereg innych płaskich zagadnień z dziedziny konstrukcji żelbetowych.
Słowa kluczowe:
modele Strut and Tie, konstrukcje żelbetowe, projektowanie według Eurokodu 2, naroże ramy, optymalizacja topologiczna, kratownice MichellaBibliografia
Amir O., Sigmund O. Reinforcement layout design for concrete structures based on continuum damage and truss Topology optimization. Struct Multidisc Optim 47(2):157-174, 2013
DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-012-0817-1
Google Scholar
Bruggi M. Generating strut-and-tie patterns for reinforced concrete structures using topology optimization. Comput Struct 87:1483–1495, 2009
DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2009.06.003
Google Scholar
Knauff M. Obliczanie konstrukcji żelbetowych według Eurokodu 2, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012
Google Scholar
Lewiński T., Zhou M., Rozvany GIN. Extended exact solutions for least-weight truss layouts – Part I: Cantilever with a horizontal axis of symmetry. Int J Mech Sci, 36:375-398, 1994
Google Scholar
Lewiński T., Rozvany G.I.N., Sokół T., Bołbotowski K. Exact analytical solutions for some popular benchmarks problems in topology optimization III: L-shaped domains revisited. Struct Multidisc Optim, DOI 10.1007/s00158-012-0865-6, 2013
DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-012-0865-6
Google Scholar
Luo Y., Kang Z. Layout design of reinforced concrete structures using two-material topology optimization with Drucker-Prager yield constraints. Struct Multidisc Optim, 47(1):95-110, 2013
DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-012-0809-1
Google Scholar
PN-EN 1992-1-1: 2008/NA: 2010 Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków
Google Scholar
Schäfer K., Schlaich J. On the Consistent Design of Structural Concrete with Strut-and-Tie Models. Proceedings of the Int. Conf. Analytical Models and New Concepts in Mechanics of Structural Concrete, Białystok University of Technology, 1993
Google Scholar
Sokół T. A 99 line code for discretized Michell truss optimization written in Mathematica.Struct Multidisc Optim, 43:181-190, 2011
DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-010-0557-z
Google Scholar
Starosolski W. Konstrukcje żelbetowe według Eurokodu 2 i norm związanych. Tom III, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012
Google Scholar
Victoria M., Querin O. M., Martí P. Generation of strut-and-tie models by topology design using different material properties in tension and compression, Struct Multidisc Optim,44(2):247-258, 2011.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-011-0633-z
Google Scholar
Bołbotowski, K., Knauff, M. i Sokół, T. (2013) „Zastosowanie optymalizacji topologicznej w projektowaniu konstrukcji żelbetowych z wykorzystaniem modeli «Strut and Tie»”, Budownictwo i Architektura, 12(1), s. 091–098. doi: 10.35784/bud-arch.2178.
Autorzy
Karol BołbotowskiInstytut Inżynierii Budowlanej; Wydział Inżynierii Lądowej; Politechnika Warszawska Polska
https://orcid.org/0000-0003-3489-9221
Autorzy
Michał KnauffKatedra Inżynierii Budowlanej; Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska; Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego Polska
Autorzy
Tomasz SokółKatedra Inżynierii Budowlanej; Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska; Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego Polska
https://orcid.org/0000-0001-7777-6171
Statystyki
Abstract views: 223PDF downloads: 146
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Użycie niekomercyjne – Bez utworów zależnych 4.0 Międzynarodowe.
Budownictwo i Architektura wspiera program otwartej nauki. Czasopismo umożliwia otwarty dostęp (Open Access) do publikacji. Każdy może przeglądać, pobierać i przekazywać artykuły pod warunkiem przestrzegania zasad licencji.
