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Resultados de la b煤squeda By Etiquetas: structural-design


Heuristic optimization of short corbels by smeared cracking finite element analysis

A continuaci贸n os dejo un art铆culo donde se aplica la optimizaci贸n heur铆stica mediante recocido simulado de m茅nsulas cortas de hormig贸n armado usando para ello elementos finitos con fisuraci贸n distribuida.

Tambi茅n puedes encontrar el art铆culo en acceso abierto en:聽https://www.witpress.com/elibrary/wit-transactions-on-the-built-environment/125/23501

 

 

 

Referencia:

ROJAS, G.; ROJAS, P.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V. (2012).聽Heuristic optimization of short corbels by smeared cracking finite element analysis.聽International Conference on Computer Aided Optimum Design in Engineering, 20-22 june. Computer Aided Optimum Design in Engineering XII. Vol. 125, pp. 71-82. Edited By: S. HERNANDEZ, University of A Coru帽a, Spain, C.A. BREBBIA, Wessex Institute of Technology, UK and W.P. DE WILDE, Vrije Universiteit Brussel, Belgium. DOI: 10.2495/OP120071聽 ISSN: 1743-3509 (on line).

 

 

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12 septiembre, 2017
 
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Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing

Dise帽o de puentes de carretera de hormig贸n prefabricado pretensado usando un algoritmo h铆brido basado en el recocido simulado

MART脥, J.V.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCAL脕, J. (2013). Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing. Engineering Structures, 48:342-352. DOI:10.1016/j.engstruct.2012.09.014. ISSN: 0141-0296.(link)

Artesa-Img6122En este trabajo se describe un m茅todo para el an谩lisis y el dise帽o de puentes de carretera prefabricados de hormig贸n pretensado, con secci贸n transversal en doble U y vanos isost谩ticos. El procedimiento utilizado para resolver este problema combinatorio es una variante del algoritmo del recocido simulado, usando como movimiento basado en un operador de mutaci贸n de los algoritmos gen茅ticos (SAMO). El algoritmo se aplica al coste econ贸mico de estas estructuras a lo largo de las diferentes etapas de su fabricaci贸n, transporte y construcci贸n. El problema implica 59 variables de dise帽o discretas para definir la geometr铆a de la viga y de la losa, los materiales en estos dos elementos, y la armadura activa y pasiva. Del estudio param茅trico se concluye una buena correlaci贸n entre el coste, las caracter铆sticas geom茅tricas y el armado con respecto a la luz del puente, lo cual es de gran inter茅s para el predimensionamiento de estos puentes prefabricados. Tambi茅n se realiz贸 un an谩lisis de sensibilidad al cambio de los costes, comprob谩ndose que si existe un aumento del 20% en el coste del acero, entonces se produce un incremento del 11,82% del coste total. Sin embargo, un aumento en el 20% en el coste del hormig贸n, produce s贸lo un incremento del 4,20% en el coste total, 2,8 veces menos. Este an谩lisis tambi茅n mostr贸 que las caracter铆sticas de los puentes optimizados dependen de los escenarios econ贸micos contemplados para el precio del acero y del hormig贸n. Indicar por 煤ltimo que existe un incremento del volumen necesario de hormig贸n cuando se eleva el coste del acero; pero sorprendentemente, la variaci贸n en el volumen de hormig贸n es casi insensible a su encarecimiento.

imagen

Resultados interesantes:

  • El coste del puente se duplica cuando la luz aumenta de 20 a 40 m.
  • La resistencia caracter铆stica del hormig贸n en la viga oscila entre 40 y 聽50 MPa para los rangos entre 20 y 40 m de聽luz, mientras que en la losa聽se encuentra entre 35 y 40 MPa.
  • El canto de la viga presenta una esbeltez que no baja de聽L/18.
  • El espesor de las almas es de 10 cm en todos los casos. El resto de variables se encuentran en funci贸n de la luz y permiten un predimensionamiento de la estructura.
  • El estudio de sensibilidad de precios indica que un incremento del 20% en el coste del acero supone un aumento del coste total del 11,82%. Sin embargo, el incremento es del 20% en el hormig贸n, el coste total s贸lo sube un 4,20%. La subida del acero lleva a estructuras con menos cuant铆as de acero, pero existe una聽variaci贸n significativa en el volumen del hormig贸n cuando 茅ste sube el 20%.

ABSTRACT

This paper describes one approach to the analysis and design of prestressed concrete precast road聽bridges, with double U-shaped cross-section and isostatic spans. The procedure used to solve the combinatorial聽problem is a variant of simulated annealing with a neighborhood move based on the mutation聽operator from the genetic algorithms (SAMO). This algorithm is applied to the economic cost of these聽structures at different stages of manufacturing, transportation and construction. The problem involved聽59 discrete design variables for the geometry of the beam and the slab, materials in the two elements,聽as well as active and passive reinforcement. The parametric study showed a good correlation for the cost,聽geometric and reinforcement characteristics with the span length, which can be useful for the day-to-day聽design of PC precast bridges. A cost sensitivity analysis first indicates that a maximum 20% rise in steel聽costs leads to an 11.82% increase in the cost, while a 20% rise in concrete costs increases the cost up to聽4.20%, namely 2.8 times less. The analysis also indicated that the characteristics of the cost-optimized聽bridges are somewhat influenced by different economic scenarios for steel and concrete costs. Finally,聽there is a growth in the volume of concrete when the steel cost rises; surprisingly, the variation in the聽volume of concrete is almost insensitive to its rising price.

KEYWORDS

Concrete structures;聽Heuristic optimization;聽Precast beams;聽Prestressed concrete structures;聽Simulated annealing;聽Structural design

Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm

Optimizaci贸n del coste y las emisiones de CO2 de puentes de carretera de vigas prefabricadas pretensadas en U mediante un algoritmo h铆brido de optimizaci贸n por enjambre de luci茅rnagas

YEPES, V.; MART脥, J.V.; GARC脥A-SEGURA, T. (2014).聽Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm.Automation in Construction,聽49:123-134.聽 DOI:聽10.1016/j.autcon.2014.10.013 (link)

VigasArtesas_09En este trabajo se describe una metodolog铆a para minimizar las emisiones de CO2 y los costes de puentes de carretera de vigas de hormig贸n pretensado prefabricadas con secci贸n transversal en doble U. Para ello se ha utilizado un algoritmo h铆brido de optimizaci贸n por enjambre de luci茅rnagas (glowworm swarm optimization, GSO) y el recocido simulado (simulated anneling, SA), que se hemos denominado SAGSO. La estructura se define por 40 variables, que determina la geometr铆a, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Se utiliza hormig贸n de alta resistencia autocompactante en la fabricaci贸n de las vigas. Los resultados suponen para los ingenieros proyectistas una gu铆a 煤til para el predimensionamiento de puentes prefabricados de este tipo. Adem谩s, los resultados indican que, de media, la reducci贸n de 1 euro en coste permite ahorrar hasta 1,75 Kg en emisiones de CO2. Adem谩s, el estudio param茅trico realizado muestra que las soluciones de menor coste presentan un resultado medioambiental satisfactorio, que difiere en muy poco respecto a las soluciones que provocan menores emisiones.

Fig 1

Resultados interesantes:

  • El coste C, en euros, y las emisiones de CO2, en kg var铆an de forma parab贸lica con la luz (L) del vano, en metros:

C=48.088L2+613.99L+31139

kgCO2=63.418L2+2392.3L+13328

  • Si se minimiza el coste, tambi茅n se reducen las emisiones de CO2, de forma que el ahorro en 1 euro equivale a ahorrar 1,75 kg de CO2.
  • La esbeltez de los puentes de m铆nimo coste (L/18.08) y de m铆nimas emisiones (L/17,57) siempre son inferiores a L/17.
  • El espaciamiento entre las vigas se sit煤a en torno a 5,85 m, oscilando entre 5,65 y 5,95 m.
  • Las estructuras de coste m铆nimo precisan聽42,35 聽kg/m2 de armadura pasiva, mientras que si se optimizan las emisiones, se necesitar铆an聽37,04 聽kg/m2.
  • Sorprende observar que, aunque parece que el hormig贸n de alta resistencia ser铆a el adecuado para el prefabricado de las vigas, las estructuras 贸ptimas se alejan de este supuesto. De hecho el hormig贸n para el coste m铆nimo en las vigas prefabricadas oscila entre 40 y 50 MPa, alejado de los 100 MPa que permit铆a la optimizaci贸n.
  • Por 煤ltimo, un an谩lisis de sensibilidad de costes en los resultados optimizados indica que un aumento del 20% en los costes del acero har铆a que el coste total de la estructura aumentara un 10,27%, disminuyendo el volumen de acero empleado. Sin embargo, si sube un 20% el precio del hormig贸n, el coste total s贸lo subir铆a un 3,41% y no variar铆a apenas el volumen consumido de hormig贸n.

ABSTRACT

This paper describes a methodology to optimize cost and CO2 emissions when designing precast-prestressed concrete road bridges with a double U-shape cross-section. To this end, a hybrid glowworm swarm optimization algorithm (SAGSO) is used to combine the synergy effect of the local search with simulated annealing (SA) and the global search with glowworm swarm optimization (GSO). The solution is defined by 40 variables, including the geometry, materials and reinforcement of the beam and the slab. Regarding the material, high strength concrete is used as well as self-compacting concrete in beams. Results provide engineers with useful guidelines to design PC precast bridges. The analysis also revealed that reducing costs by 1 Euro can save up to 1.75 kg in CO2 emissions. The parametric study indicates that optimal solutions in terms of monetary costs have quite a satisfactory environmental outcome and differ only slightly from the best possible environmental solution obtained.

Keywords

Optimization; Glowworm swarm algorithm; Computer aided design; Structural design; Sustainable design; Precast concrete; Bridges

A memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement

Algoritmos mem茅ticos para el dise帽o de puentes de carretera de vigas prefabricadas de hormig贸n pretensado con fibras de acero

MART脥, J.V.; YEPES, V.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F. (2014). A memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering ASCE, 141(2):聽04014114. DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058聽, 04014114.

camion grande_tcm17-2842En este trabajo se describe la influencia de las fibras de acero en el dise帽o de coste m铆nimo de puentes de carretera de vigas prefabricadas con secci贸n transversal en doble U pretensadas y vanos isost谩ticos. Para ello se utiliza un algoritmo mem茅tico con una b煤squeda en entornos variable (MA-VDNS) para optimizar el coste de estas estructuras contando las fases de fabricaci贸n, transporte y construcci贸n del puente. El problema implica 41 variables de dise帽o discretas que definen la geometr铆a de la viga y de la losa, los materiales en ambos elementos, las armaduras pasiva y activa y la resistencia residual a tracci贸n de las fibras. El uso de las fibras disminuye el peso medio de la viga en un 1,72% y reduce el n煤mero medio de tendones en un 3,59%; sin embargo, incrementa un 8,71% de media la armadura pasiva necesaria. Por 煤ltimo, y a pesar del mayor coste del hormig贸n con fibras, se comprueba que su uso es econ贸micamente viable, pues se consigue una diferencia relativa media de coste respecto al hormig贸n sin fibras, inferior al 0,19%.

Figure 1

Resultados interesantes:

  • A pesar del mayor coste econ贸mico del hormig贸n con fibras y de que el estado de decompresi贸n del hormig贸n no ocurre en ninguna fibra de la secci贸n de la viga por el pretensado, el hormig贸n con fibras es competitivo econ贸micamente respecto al no uso de fibras, puesto que la diferencia relativa es inferior al 5,36% en el peor de los casos.
  • El estudio param茅trico realizado indica una buena correlaci贸n del coste, canto y peso de la viga y n煤mero de tendones respecto a la luz del puente. Esto permite un predimensionamiento ajustado.
  • Se ha comprobado que las fibras reducen de media un 3,59% el n煤mero de tendones necesarios, lo cual significa que su uso puede compensar parte del pretensado necesario.
  • Sorprende comprobar que el uso de fibras incrementa de media un 8,71% la armadura necesaria por unidad de superficie de losa. Esto se puede explicar debido a que la carest铆a del hormig贸n con fibras hace que el algoritmo intente disminuir su volumen, lo cual se compensa con el incremento de armadura pasiva.
  • En el caso de las estructuras 贸ptimas, se ha encontrado una reducci贸n del 6% del peso de las vigas realizadas con fibras, lo cual puede ser relevante para el transporte e izado de los elementos.

Abstract

This paper describes the influence of steel fiber-reinforcement on the design of cost-optimized, prestressed concrete, precast road bridges, with a double U-shaped cross-section and isostatic spans. A memetic algorithm with variable-depth neighborhood search (MA-VDNS) is applied to the economic cost of these structures at different stages of manufacturing, transportation and construction. The problem involved 41 discrete design variables for the geometry of the beam and the slab, materials in the two elements, active and passive reinforcement, as well as residual flexural tensile strength corresponding to the fibers. The use of fibers decreases the mean weight of the beam by 1.72%, reduces the number of strands an average of 3.59%, but it increases the passive reinforcement by 8.71% on average, respectively. Finally, despite the higher cost of the fibers, their use is economically feasible since the average relative difference in cost is less than 0.19%.

Keywords: Heuristic optimization; precast beam; prestressed concrete bridge; steel fiber; structural design.

Link:http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29ST.1943-541X.0001058

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21 febrero, 2014
 
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A parametric study of optimum tall piers for railway bridge viaducts

Estudio param茅trico de pilas altas para viaductos en las l铆neas de alta velocidad

MART脥NEZ-MART脥N, F.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2013). A parametric study of optimum tall piers for railway bridge viaducts. Structural Engineering and Mechanics, 45(6): 723-740. (link)

fig2El dise帽o de las pilas de viaductos tiene una especial importancia desde el punto de vista econ贸mico si pensamos que, dependiendo de la altura de las pilas y de las condiciones del terreno de cimentaci贸n, este coste puede llegar a ser el 50% del total del coste del puente. Este trabajo presenta un estudio param茅trico de pilas altas聽(m谩s de 50 m de altura)聽de hormig贸n armado de secci贸n hueca rectangular para puentes.聽Estas pilas se utilizan normalmente en la construcci贸n de viaductos ferroviarios de hormig贸n pretensado. Para realizar la optimizaci贸n de las pilas se emple贸聽un algoritmo de optimizaci贸n basado en el comportamiento de las hormigas (Ant Colony Optimization). Se han estudiado veinti煤n casos diferentes para siete alturas de columna de 40 , 50 , 60 , 70 , 80 , 90 y 100 m, y tres tipos de viaductos para l铆neas聽de alta velocidad con 10 tramos continuos, cuyas longitudes vano principal fueron 40 , 50 y 60 m. Las pilas estudiadas son las columnas intermedias colocadas en el medio de los viaductos. El n煤mero total de variables de dise帽o de optimizaci贸n var铆a de 139 para pilas con altura de la columna de 40 m a 307 para pilas聽con altura de 100 m. Los resultados que se presentan en el trabajo son de gran valor para el dise帽o preliminar de este tipo de estructuras, con reglas de predimensionamiento pr谩ctico de inter茅s.

Viaducto de O Eixo, www.adif.es

Resultados interesantes:

Las cuant铆as medias necesarias de acero y hormig贸n, tanto en alzado como en cimentaci贸n, para las pilas estudiadas var铆an entre 887 kg/m y 12 m3/m para alturas de 40 m a 2720 kg/m y 26 m3/3 en alguras de 100 m.

Los costes medios encontrados var铆an desde un m铆nimo de 3221 鈧/m para las pilas menos cargadas, a un m谩ximo de 6206 鈧/m en el caso de las m谩s cargadas.

A continuaci贸n os paso un par de gr谩ficas que pueden ser de inter茅s respecto al hormig贸n. El resto de informaci贸n se puede ver en el art铆culo.

Pilas 1

Pilas 2

ABSTRACT

This paper presents a parametric study of reinforced concrete bridge tall piers with hollow,聽rectangular sections. Such piers are typically used in railway construction of prestressed concrete viaducts.聽Twenty one different piers have been studied with seven column heights of 40, 50, 60, 70, 80, 90 and 100 m聽and three types of 10-span continuous viaducts, whose main span lengths are 40, 50 and 60 m. The piers聽studied are intermediate columns placed in the middle of the viaducts. The total number of optimization聽design variables varies from 139 for piers with column height of 40 m to 307 for piers with column height of聽100 m. Further, the results presented are of much value for the preliminary design of the piers of prestressed聽concrete viaducts of high speed railway lines.

KEYWORDS

Ant colony optimization; concrete structures; economic optimization; structural design; tall聽piers

22 noviembre, 2013
 
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Universidad Politécnica de Valencia