Diseño Optimo

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS Y CONSTRUCCIÓN

“DISEÑO ÓPTIMO DE FORMA Y ARMADO
DE LÁMINAS DE HORMIGÓN”

Antonio Tomás Espín
2007

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS Y CONSTRUCCIÓN
PROGRAMA DE DOCTORADO
ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS

“DISEÑO ÓPTIMO DE FORMA Y ARMADO
DE LÁMINAS DE HORMIGÓN”

TESISDOCTORAL

Presentada por: D. Antonio Tomás Espín
Dirigida por:

Dr. Pascual Martí Montrull

Cartagena, octubre de 2007

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA
Departamento de Estructuras y Construcción

AUTORIZACIÓN DEL DIRECTOR DE LA TESIS

D. Pascual Martí Montrull, Profesor Doctor del Área de Mecánica de Medios Continuos
y Teoría de Estructuras, en el Departamento de Estructuras yConstrucción

AUTORIZA:
La presentación de la Tesis Doctoral titulada “Diseño óptimo de forma y armado de
láminas de hormigón”, realizada por D. Antonio Tomás Espín, bajo su dirección y
supervisión, en el Departamento de Estructuras y Construcción, y que presenta para la
obtención del grado de Doctor por la Universidad Politécnica de Cartagena.

En Cartagena, a 10 de octubre de 2007

ELDIRECTOR DE LA TESIS

Fdo.: Pascual Martí Montrull

iii

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA
Departamento de Estructuras y Construcción

AUTORIZACIÓN DEL DEPARTAMENTO RESPONSABLE

D. Pascual Martí Montrull, Director del Departamento de Estructuras y Construcción

INFORMA:
Que la Tesis Doctoral titulada “Diseño óptimo de forma y armado de láminas de
hormigón”, ha sido realizada porD. Antonio Tomás Espín, bajo la dirección y
supervisión de D. Pascual Martí Montrull y que el Departamento ha dado su
conformidad para que sea presentada ante la Comisión de Doctorado.

En Cartagena, a 15 de octubre de 2007

EL DIRECTOR DEL DEPARTAMENTO

Fdo.: Pascual Martí Montrull

v

Abstract

The aim of the structural optimization is to obtain a design, i.e. a set of values forthe design variables that make minimum an objective function and satisfy a set of
restrictions that depend on the variables. The problems in structural optimization can be
divided in three categories: sizing, shape and topology.
The approach to shape optimization of concrete shells depends on the objective
function used in the problem. A shape of the shell with a predefined stressdistribution
can be obtained, e.g. a bending-free shape where it is not necessary to obtain the
needless shell reinforcement. Apart from the standard objective functions, as the weight
or the surface, others can also be used, as the strain energy and the stress levelling.
The problem of the reinforcement in two-dimensional structures can be solved by
two methodologies, the one based on applying theultimate design conditions to the
stresses in some points of the structure, and the other using shell design elements. In this
last one, each element is used as dimensioning unit having to resist the nodal forces.
The balance between the external forces and the internal ones in the reinforcement and
the concrete must be set. The problem is solved by iterative numerical methods that use
complexnon linear equation systems.
In this thesis, the sizing and shape optimum design problem of concrete shells
using several objective functions was investigated; the buckling behaviour of the
designs by using nonlinear stability studies and semi-empirical methods was analyzed;
and a numerical procedure to solve the optimum design problem of reinforcement in
concrete shell elements wasproposed.

vii

Resumen

El objetivo de la optimización de estructuras es obtener un diseño, es decir, un
conjunto de valores para las variables de diseño que hacen mínima una función objetivo,
y satisfacen un conjunto de restricciones que dependen de estas variables. Los
problemas de optimización de estructuras se pueden dividir en tres categorías:
propiedades, forma, y topología.
En la...