Optimization Aided Design - Georgios Gaganelis

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Résumé :
Optimierungsgest?tztes Entwerfen und Bemessen liefert neuartige Methoden, bewehrten Beton besonders effizient einzusetzen. Dabei wird die mathematische Optimierung auf die praktischen Probleme des Betonbaus angewendet. Ziel ist es, sparsam mit dem weltweit meistverwandten Baustoff Stahlbeton umzugehen und damit den CO2-Aussto? aus der Zement- und Stahlherstellung und den Ressourcenverbrauch an Kies, Sand und Wasser substanziell zu reduzieren.
Drei Themenbereiche sind angesprochen. Erstens, die Strukturfindung, also die Frage nach der richtigen ?u?eren Form, dass schlanke, nach dem Kraftfluss ausgerichtete Tragwerke entstehen. Baustoffgerecht sind sie weitgehend auf Druck beansprucht. Zweitens, die Bewehrungsf?hrung, die sich am inneren Kraftfluss orientiert. Vorteile ergeben sich gerade f?r Scheiben, volumenartige Bauteile, an Lasteinleitungsbereichen und Aussparungen. Es entstehen anschauliche, direkt in Bewehrungen umsetzbare Fachwerkmodelle. Dritter Entwicklungsschritt ist die Behandlung von Querschnitten. Sie werden in ihrer Form optimiert und in ihrer Bewehrung bemessen. Dies gilt auch f?r anspruchsvolle Beanspruchungen (zweiachsige Biegung) und nahezu beliebige Formen. Eine Parametrisierung erm?glicht die allgemeing?ltige ?bertragung auf ganze Klassen von Querschnitten.
Die optimierungsgest?tzten Methoden werden vertieft und anschaulich beschrieben. Sie sind universell anwendbar und unabh?ngig von Normen, Betonarten und Bewehrungen. Sie gelten f?r normalfeste bis zu ultrahochfesten Betonen, f?r Bewehrungen aus Stahl, Carbon oder Glasfasern und f?r Bewehrungsst?be als auch -fasern. Zahlreiche Abbildungen und Berechnungsbeispiele verdeutlichen die Anwendung. Zudem werden praktische Umsetzungen vorgestellt, darunter ultra-leichte Stahl-Beton-Balken, schlanke Solarkollektoren aus Beton und verbesserte Bewehrungslayouts f?r Tunnelschalen. Das Buch richtet sich gleicherma?en an Studierende, Forscher und Praktiker.
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Biographie:
Foreword by Manfred Curbach
Foreword by Werner Sobek
Preface
Acknowledgments
Acronyms
1 INTRODUCTION
2 FUNDAMENTALS OF REINFORCED CONCRETE DESIGN
2.1 Basic Principles
2.2. Verification Concept
2.3 Safety Concept
2.4 Materials
2.5 Load-bearing Behavior
3 FUNDAMENTALS OF STRUCTURAL OPTIMIZATION
3.1 Structural Optimization Approaches
3.2 Problem Statement
3.3 Lagrange Function
3.4 Sensitivity Analysis
3.5 Solution Methods
4 IDENTIFICATION OF STRUCTURES
4.1 One-material Structures
4.2 One-material Stress-biased Structures
4.3 Bi-material Structures
4.4 Examples
4.5 Applications
5 INTERNAL FORCE FLOW
5.1 Preliminaries
5.2 Continuum Topology Optimization (CTO) Approach
5.3 Truss Topology Optimization (TTO) Approach
5.4 Continuum-Truss Topology Optimization (CTTO) Approach
5.5 Examples
5.6 Applications
6 DESIGN OF CROSS-SECTIONS
6.1 Problem Statement
6.2 Equilibrium Iteration
6.3 Sectional Optimization
6.4 Solving
6.5 Parameterization
6.6 Examples
BIBLIOGRAPHY
LIST OF EXAMPLES
Variation of volume fraction
Variation of the filter radius
Variation of material parameters
Form finding of bridge pylons 1
Form finding of bridge pylons 2
Conceptual bridge design 1
Conceptual bridge design 2
Multi-span girder
Multiple load cases
Two load cases
Material steering
Material variation in bi-material design
Filter radius with bi-material design
Bi-material multi-span girder
Bi-material girder with stepped support
Bi-material arch bridge
Deep beam 1
Wall with block-outs
Corbel
Cantilever beam
Shear transfer at joints
Deep beam 2
Frame corner
Wall with eccentric block-out
Corbel with horizontal force
Stiening core with openings
Deep beam 3
Deep beam 4
Deep beam 5
Strain plane of an unsymmetric RC section
Footing with gapping joint
Parameterized T-section
Parameterized uniaxial bending
Shape design of a RC I-section
Shape optimization of a footing...

Sommaire:
Georgios Gaganelis ist Planungsingenieur f?r Ingenieurbauwerke und freiberuflicher Berater im Bereich der Strukturoptimierung. Seine Promotion erhielt er 2020 an der Ruhr-Universit?t Bochum mit einer Arbeit ?ber Optimierungsstrategien f?r Beton- und Stahl-Beton-Verbundtragwerke. Seine Forschungsinteressen liegen in der topologischen Optimierung und der baustoffgerechten Steuerung der Formfindung. Ein Schwerpunkt liegt auf ultra-leichten Konstruktionen, die mit minimalen Materialmengen auskommen.
Peter Mark ist Universit?tsprofessor f?r Massivbau an der Ruhr-Universit?t in Bochum. Er forscht auf den Gebieten der angewandten Optimierungsmethoden und des Betonleichtbaus seit 20 Jahren. Er promovierte 1994 und habilitierte sich 2006. Er ist Beratender Ingenieur und Pr?fingenieur f?r Baustatik seit 2008 und ma?geblich beteiligt an zahlreichen Projekten des Br?cken-, Tunnel- und Hochbaus.
Patrick Forman ist Oberingenieur am Lehrstuhl f?r Massivbau an der Ruhr-Universit?t Bochum. Seine Promotion schloss er 2016 ab. Seit ?ber 10 Jahren forscht er zu leichten Schalen und Stabstrukturen aus Hochleistungsmaterialien mit verschiedenartigen Optimierungsmethoden. Aktuell ist er Gesch?ftsf?hrer und technischer Leiter eines interdisziplin?ren Gro?forschungsprogramms zu adaptiven Modulbauweisen.
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