Teräsristikon algoritmiavusteinen suunnittelu ja optimointi
Ketola, Timo (2019)
2019
Rakennustekniikka
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-04-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201903201317
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201903201317
Tiivistelmä
Tässä työssä on tutkittu algoritmiavusteisen suunnittelun hyödyntämistä teräsristikoiden mitoituksessa. Työssä esitetään mitoitusprosessi, jonka soveltuvuutta mitoituksen tehostamiseen testataan eri jännevälin Warren-ristikoilla. Mitoituksessa noudatettiin kaikkia eurokoodin mukaisia ehtoja. Kehitetyssä menetelmässä ristikolle suoritetaan sauvojen mitoitus murtorajatilassa sekä liitosten solmupistetarkastelut. Laskentamallissa kaikkien liitosten epäkeskisyydet huomioitiin muodostamalla diagonaalisauvojen ja paarteiden välille jäykät epäkeskisyyselementit.
Työssä esitellään teräsristikoiden mitoituksen laskentakaavat ja perinteiset suunnitteluprosessit. Eurokoodin mukaisen laskennan lisäksi työssä on esitelty teräsristikon kustannusten arviointia varten kustannuspaikkapohjainen laskentamalli. Algoritmiavusteista suunnittelua sekä optimointia esitellään yleisellä tasolla. Työssä pureudutaan tarkemmin kehitetyn algoritmiavusteisen suunnitteluprosessin eri vaiheisiin ja niissä esiintyvien ongelmakohtien ratkaisuihin.
Mitoitusalgoritmi yhdistettiin lopuksi osaksi optimointiprosessia. Optimoinnin kohdefunktiona käytettiin ristikon massaa sekä arvioituja valmistuskustannuksia. Optimointiajot tehtiin kolmen eri jännevälin ristikolla vakiokuormituksella. Optimointi suoritettiin Grasshopper-ympäristössä käyttämällä optimoinnissa parveilualgoritmia. Optimoinnin suunnittelumuuttujina olivat sauvojen poikkileikkaukset, sekä ristikon geometriaominaisuudet. Rajoitusehdot koostuivat eurokoodin mukaisista sauvojen ja liitosten kestävyyksistä, geometrian reunaehdoista sekä käyttörajatilan mukaan lasketusta taipumasta.
Kehitetty mitoitusmenettely osoittautui tehokkaaksi mitoituksessa kaikilla testatuilla jänneväleillä. Mitoitukseen kuluva aika oli keskiarvoltaan kaikilla jänneväleillä alle kaksi sekuntia. Mitoitusalgoritmi liitettiin myös osaksi optimointia onnistuneesti. Optimoinnissa sekä kustannusten, että painon osalta päästiin lähtötilanteeseen nähden yli 10 % parempiin tuloksiin. Paino- ja kustannusoptimeiden välillä ei löydetty merkittäviä eroja, koska optimoitava ristikkotyyppi oli vakio.
Työssä esitellään teräsristikoiden mitoituksen laskentakaavat ja perinteiset suunnitteluprosessit. Eurokoodin mukaisen laskennan lisäksi työssä on esitelty teräsristikon kustannusten arviointia varten kustannuspaikkapohjainen laskentamalli. Algoritmiavusteista suunnittelua sekä optimointia esitellään yleisellä tasolla. Työssä pureudutaan tarkemmin kehitetyn algoritmiavusteisen suunnitteluprosessin eri vaiheisiin ja niissä esiintyvien ongelmakohtien ratkaisuihin.
Mitoitusalgoritmi yhdistettiin lopuksi osaksi optimointiprosessia. Optimoinnin kohdefunktiona käytettiin ristikon massaa sekä arvioituja valmistuskustannuksia. Optimointiajot tehtiin kolmen eri jännevälin ristikolla vakiokuormituksella. Optimointi suoritettiin Grasshopper-ympäristössä käyttämällä optimoinnissa parveilualgoritmia. Optimoinnin suunnittelumuuttujina olivat sauvojen poikkileikkaukset, sekä ristikon geometriaominaisuudet. Rajoitusehdot koostuivat eurokoodin mukaisista sauvojen ja liitosten kestävyyksistä, geometrian reunaehdoista sekä käyttörajatilan mukaan lasketusta taipumasta.
Kehitetty mitoitusmenettely osoittautui tehokkaaksi mitoituksessa kaikilla testatuilla jänneväleillä. Mitoitukseen kuluva aika oli keskiarvoltaan kaikilla jänneväleillä alle kaksi sekuntia. Mitoitusalgoritmi liitettiin myös osaksi optimointia onnistuneesti. Optimoinnissa sekä kustannusten, että painon osalta päästiin lähtötilanteeseen nähden yli 10 % parempiin tuloksiin. Paino- ja kustannusoptimeiden välillä ei löydetty merkittäviä eroja, koska optimoitava ristikkotyyppi oli vakio.