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Basi di OTTIMIZZAZIONE STRUTTURALE

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Franco Bontempi Org Didattica
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Rewind lezione di OTTIMIZZAZIONE STRUTTURALE, giugno 2016, Corso di Dottorato in Ingegneria Strutturale e Geotecnica, Universita' degli Studi di Roma La Sapienza, Prof. Ing. Franco Bontempi Videoregistrazioni: https://www.youtube.com/playlist?list=PLgH8tGwhJSdDzGP5W80eqOyJ9pHnc_D4H Materiale addizionale: https://drive.google.com/file/d/1mjXK7RJmZehpi_TnsRQhVmlYHUrNIsWf/view?usp=sharing

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0-Introduzione FrancoBontempi ProfessoreOrdinariodiTecnicadelleCostruzioni FacoltàdiIngegneriaCivileeIndustriale SapienzaUniversitàdiRoma franco.bontempi@uniroma1.it 1 Corsodidottorato: BasidiOTTIMIZZAZIONESTRUTTURALE Corsodiformazione: LAPROGETTAZIONESTRUTTURALE ATTRAVERSOL’ANALISIDICASICRITICI 4 OttimizzazioneStrutturale franco.bontempi@uniroma1.it 4 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
OttimizzazioneStrutturale franco.bontempi@uniroma1.it Bio •Born1°April1963. •1982-1988,Laurea(5-yeardegree,equivalentwithMEng+MSc) PolitecnicodiMilano. •1989-1993,PhDinStructuralEngineeringPolitecnicodiMilano •1992-1998,AssistantProfessorofStructuralAnalysisandDesign RicercatorenelledisciplineScienzaeTecnicadelleCostruzioni”) PolitecnicodiMilano. •1998-2000,AssociateProfessorofStructuralAnalysisandDesign (ProfessoreAssociatodiTecnicadelleCostruzioni)UniversityofRomeLa Sapienza,SchoolofEngineering. •2000-today,ProfessorofStructuralAnalysisandDesign(Professore OrdinariodiTecnicadelleCostruzioni)UniversityofRomeLaSapienza, SchoolofCivilandIndustrialEngineering. 1983333333333333333333333333333 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
1993333333333333333333333333333333 11 1998888888888888888888888888 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
13 OttimizzazioneStrutturale franco.bontempi@uniroma1.it 13 200444444444444444444444444444444 15151515151515151515155155151515151515155 2015555555555555555555555555 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
1718 1960 19 OttimizzazioneStrutturale franco.bontempi@uniroma1.it 19 StrSSStSt o tt NooNN GER www.stronger2012.com tttttttrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrtttttttrrrrrrrrrrrrrrrtt NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 20 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
21 201619921111111111166666666666666666666666 CostruzioniMetalliche franco.bontempi@uniroma1.it 23Jul-16 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
www.francobontempi.org StrSSStrSt o rrtrt NooNN GER www.stronger2012.com 1-Definizioneformaledelle attivitàdianalisi eprogettazionestrutturali. Contestievolutivieinnovativi FrancoBontempi ProfessoreOrdinariodiTecnicadelleCostruzioni FacoltàdiIngegneriaCivileeIndustriale SapienzaUniversitàdiRoma franco.bontempi@uniroma1.it 12 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
3 Problemastrutturale (insensostretto…) 4 56 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
78 9 Flussodiinformazionicheportaalla soluzionedelproblemastrutturale CALCOLO DATI Dominio strutturale Condizioni alcontorno ModellodellaStruttura ModellodelleAzioni RISULTATI Quantitàglobali/integrali vs.locali/puntuali Quantitàprimarie vs.secondarie10 aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Tipologiedianalisi •Statica:senzaeffettiinerziali(massepresentisolo comefontidicarichigravitazionalieincognite cinematichesologlispostamenti); •Dinamica:coneffettiinerziali(massefontediforze inerzialieincognitecinematichespostamenti, velocitàeaccelerazioni); •Quasi-statica:senzaeffettiinerzialimacon evoluzioneneltempodeicarichiodellastrutturain terminidiconfigurazione(costruzioneperfasi,…)o dellesuecaratteristiche(degrado,comportamento termo-plastico,…). 11 Gerarchiadeirisultati 1.Aspettiqualitativiequantitativiglobali: •Deformatacomplessiva(spostamentiglobali,rispetto deivincoli,simmetrie-antisimmetrie); •Quantitàstaticheglobali(pesoproprio,risultanti complessive,reazionivincolari); •Rispostastrutturalecomplessivacomefrequenzeo curvacarico-spostamento,ovveropercorsodiequilibrio; 2.Aspettiqualitativiequantitativilocali: •Sollecitazioni(momenti,azioneassiale,taglio)e risultantisezionali(odiunapartedistruttura); 3.Comportamentierispostelocali: •Deformazioniesforzi; •Fessurazioni,danneggiamento,…12 Meccanicavs.Ingegneria ScienzadelleCostruzioni/TecnicadelleCostruzioni 13 ProblemidiMeccanicaStrutturale •IproblemidiMeccanicaStrutturalesonodefinibili nell'insiemecomeproblemistrutturati(nelsensodi esserecompiutamenteorganizzati)ebenposti(nel sensodipresentarecaratteridiregolaritàe risolubilità); •inparticolare,sifariferimento,infatti,adun inquadramentohard,incui: 14 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
1)lestrutturepresentanoschemaglobalee caratteristichelocaliunivocamentedefiniteintermini geometrici; 2)lecaratteristichemeccanichedeimaterialisono fissateedilimitidiresistenzaassegnati; 3)lecondizionialcontorno,interminidicondizionedi vincoloedicarico,specificati; 4)lasoluzioneènellagranpartedeicasiunica:neicasi incuisipossanoaverepiùsoluzioni,esistonoquasi sempretecnicherisolutivecapacidiindividuarle;nei casiincuilasoluzionenonesista,esistonotecniche perindividuaretalemancanza; 5)considerazionilegateallapraticabilitàed all’economiadellasoluzionesonoinseritesolo indirettamenteetendenzialmenteaposteriori, mentresonoesclusiaspettidellasoluzionenon analiticamenteinquadrabilicomel’estetica. 15 Nota(1) •Tuttequesteposizioni,permettonodiavereun inquadramentoformaledelproblemadimeccanica strutturale,chepermetteunprocessorisolutivo completamenteanalitico,ancheseallevolte estremamentelungoecomplicato.Intempi moderni,taleprocessorisolutivohatrovatogrande sollievonell’utilizzodicodicidicalcoloautomatico estremamentegeneraliedefficienti. 16 Nota(2) •Losviluppooperativodiquestetecnicherisolutive, sedaunapartenontroval’interessedelsettorepiù teoricodellaMeccanicaStrutturale(ovverodella ScienzadelleCostruzioni),rivesteimportanzaperla TecnicadelleCostruzioni,inquantopermettedi affrontarecompiutamenteproblemireali, caratterizzatidacomplessitàgeometricae comportamentononlineare. 17 ProblemidiIngegneriaStrutturale •Interminigenerali,iproblemidell’Ingegneria Strutturalepresentanoaspettipiùestesied indefiniti,cheliriconduconoallacategoriapiù ampiadeiprobleminonstrutturatie potenzialmentemalposti,chesonoformulabili coerentementesolointerminisoft; •infatti: 18 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
1)lecostruzionihannoschemiglobalidaindividuare, nonsolointerminigeometrici,maanchee soprattuttoinfunzionedeimeccanismiresistentiche sisviluppano; 2)imaterialirealinecessitanodiuninquadramento entromodellichenerappresentanosolo parzialmenteedimperfettamentelecaratteristichee dicuivannodecisiilimitidiresistenza;intermini generali,ilcriteriodicrisidiunacostruzionenonè univocamentedefinito; 3)lecondizionialcontorno,vannointerpretate, assumendodecisioniinterminidivincoliedicarico; 4)lasoluzioneènellagranpartedeicasinonunicae nonesistonotecnicheperindividuarle,masolo schemigeneralieregoleeuristiche; 5)larealizzabilitàpraticaedicosticostituiscono valutazioniprimarie,essenzialiedimprescindibili, insiemeadaltrivaloricomelasemplicitàel’estetica. 1920 Directvs.InverseProblems(1) 21 Directvs.InverseProblems(1) 22 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Hadamard 23 IngegneriaStrutturale •Infine,equestoèunaspettochedistinguela professione,l’IngegneriaStrutturaledeveconfrontarsi conl’assunzionediresponsabilitàeconilquadro normativoattraversoilqualelaSocietàsitutela regolandoleattività. •L’IngegneriaStrutturaleè,infatti,ladisciplinachesi occuparesponsabilmentediideare,calcolare,realizzare egestirevalideopereartificiali,ossiacostruzioni,che supportinolaSocietàedisuoimembrinel soddisfacimentodelleproprienecessitàedeipropri desideri,basandosisumetodiscientifici,utilizzando tecnicheopportune,adottandocorrettevalutazioni euristiche. 24 Formalismi 2526 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
2728 Processodianalisi eprocessodisintesi(1) DATI CALCOLO RISULTATI START END START END MODIFICA K=K+1 K=0 DATI K CALCOLO RISULTATI K TEST SI’NO Pre-processing Post-processing 29 Processodianalisi eprocessodisintesi(2) START END MODIFICA K=K+1 K=0 DATI K CALCOLO RISULTATI K TEST SI’NO ANALISI SINTESI 30 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
WIND&TEMPERATURE SOIL&EARTHQUAKE ANTHROPICUSE (highway&railway) STRUCTURALBEHAVIOR & EXPECTEDPERFORMANCE JUDGEMENT & DECISIONS NEGOTIATION& REFRAMING No STRUCTURAL MODELING StructuralDesign 31 ENVIRONMENTDIPROGETTO: SCENARIDICONTINGENZA CARATTERISTICHE QUANTITATIVE AZIONI RISPOSTASTRUTTURALE EQUADROPRESTAZIONALE PROCESSO DECISIONALE E NEGOZIALE 32 33 FunctionalAnalysis/ ResourcesAllocation -Decompositiontolower-levelfunction -Allocateperformance -Definefunctionalinterfaces -Definefunctionalarchitecture Requirement loop Designloop PROCESS INPUT HistoricAnalyses Evolutive/Innovative Design RiskManagement PROCESS OUTPUT Synthesis -Transformarchitecture -Definealternativeproductconcepts -Definephysicalinterfaces -Definealternativeproduct andprocesssolutions RequirementsAnalysis -Analyzemissionsandenviroments -Identifyfunctionalrequirements -Defineperformanceanddesign constraintrequirement System Modeling And Analysis SystemDesign SydenhamP.H.,(2004),Systemsapproachto EngineeringDesign(Artechhouse-Boston). 34 iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Sviluppotop-down coperturaomogenea approfondimento 35 Sviluppobottom-up coperturaomogenea sviluppodi unfilone 36 Sviluppomixed 37 PrescrittivovsPrestazionale(1) 38 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
PrescrittivovsPrestazionale(2) 39 Performance--basedDDesign(a) SmithI.2001.IncreasingKnowledgeof StructuralPerformance.Structural EngineeringInternational,12(3),pp.191-195. 40 Performance--basedDDesign(b) 41 Performance--basedDDesign(c) 42 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
43 STRUCTURAL QUALITY -designlife -railway runability -highway runability -freechannel -robustness -durability -management GLOBAL GEOMETRY AND TOPOLOGY TOPOLOGY -suspensionsystem -towers -towersfoundation -anchorsystem -maindeck -decklanding -... GLOBALGEOMETRY -mainspan -sxspan -dxspan SECTIONALGEOMETRY -continuousgirdersections -transversesection -maincables -hangers -towers -secondaryelements MATERIALS CHARACTERISTICS -girders -cables SYNTHESISOF STRUCTURAL SOLUTION AND DOCUMENTATION BOUNDARY CONDITIONS CONSTRAINTS: rigidandelastic constraints, imposed displacements NATURAL ACTIONS -temperature -wind -earthquake ANTROPIC ACTIONS a)permanent loading system b)variable -railway -highway c)accidental CONVENTIONAL MODELING: QUASI STATIC REPRESENTATION BASICSTRUCTURAL CONFIGURATION PARAMETERS -individuation -definition -uncertainty -description -bounding GLOBAL MODELING -2D -3D MODELINGWITH DYNAMICINTERACTION ALTERNATIVESTRUCTURAL CONFIGURATIONS GLOBAL OPTIMIZATION -topology -morphology -parametric LOCAL OPTIMIZATION -girderssection -transverse section -restraintzone EXPERTAND FIXEDCHOICES MEASURES a)qualitative b)materialsvolumes c)serviceability -modalcharacteristics -deflections -deformations -reversibility d)collapsescenarios -collapsecharacteristics -robustness e)accidentalscenarios -configurations -risks DETAILED MODELING EXTENDED MODELING 1 23 4 5 6 7 NumericalModelingforthe StructuralAnalysisandDesignof MESSINASTRAITBRIDGE: subdivisionanddevelopmentofactivities. FB-june6,2005/franco.bontempi@uniroma1.it 44 nnnnnnnnnofofffofofofofofoffofoofoffoffoffffofo SS0a PRESCRIBED DESIGN PARAMETERS SS0b ESTIMATED DESIGN PARAMETERS SS1 initiationand development offireand fireefluent SS2 movementof fireeffluent SS3 structuralresponse andfirespread beyondenclosure oforigin SS4 detection, activitationand suppression SS5 lifesafety: occupantbehavior, locationand condition SS6 property loss SS7 business interruption SS8 contamination of environment SS9 destruction of heritage (0) DESIGN CONSTRAINTS AND POSSIBILITIES (1+2) ACTION DEFINITION AND DEVELOPMENT (3+4) SYSTEM PASSIVE ANDACTIVE RESPONSE BUSOFINFORMATION RESULTS DESIGN ACTION RESPONSE SAFETY&PERFORMANCE Fire 45 iiiiiiiiiiiiiiiiiiiirrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrreeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeFire 46 iiiiiiiiiiiiiiiiiiiirrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrreeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
RESILIENCE Timehorizon 47 RESILIENCERESILIENCERESILIENCE CONSTRUCTIONS NEW EXISTING COLLAPSED “AsDesigned” “AsBuilt” “AsActual” “AsFailed” «As…» 48 CONSTRUCTIONS NEW EXISTING COLLAPSED DESIGN ENVIRONMENT / BOUNDARY CONDITIONS FSI “AsDesigned” “AsBuilt” “AsActual” “AsFailed” HPLC LPHC BlackSwan ConceptualDesign InnovaticeConcepts StructuralOprimization AdvancedMaterials SpecialDevices StructuralControl EnergyHarvesting NATURAL ANTROPIC ACCIDENTAL EXCEPTIONAL SOIL-STRUCTURE WIND-STRUCTURE WAVE-STRUCTURE ACTIONS INTERACTIONS GEOLOGICALASPECTS EARTHQUAKES Codes&Standards InformationRetrivial DataMining RiskAnalysis PerformanceBased Design Dependability StructuralIdentification StructuralHealthMonitoring DamageAssessment RemainingCapacity StructuralRefurbishment StructuralAugmentation CodesCompliance Historicaland MonumentalCostructions BackAnalysis ForensicEngineering LegalIssues ComponentsandStructuresTesting ExperimentalDesign RapidPrototyping Fire Explosions Activities 49 eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeessssssssssssssssssssssssssssssssssss Conoscenze SmithI.2001.IncreasingKnowledgeofStructural Performance.StructuralEngineeringInternational,12(3),pp. 191-195. 50 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
CONOSCENZA RICHIESTA DAUNPROGETTO EVOLUTIVO CONOSCENZA RICHESTA DAUNPROGETTO INNOVATIVO CCONOOSSCEENZZZA RRICHHIESTAAA DADADAUUUNNNPRPRPROGOGEEETTTO EVEVOLOLUTUTIVIVOO BASEDI CONOSCENZA ATTUALE Lacrescitadiconoscenze 51 Knowledgevs.Experience 52 EvolutivevsInnovativeDesign 5354 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
55 NorthropYB-49 56 5758 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
5960 HortenHo229 61 22222222222999999999 62 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
NorthropGrummanB-2Spirit 63 iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiitttttttttttttttttttttttttttttttttt Fallimenti 64 CausesofSystemFailure 100% Time %offailure Unknownphenomena Knownphenomena ResearchlevelDesigncodelevel pastpresentfuture A BBB C Humanerrors 65 Failureduetounexpectedfacts 66 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
HAZARD IN-DEPTH DEFENCE HOLESDUETO ACTIVEERRORS HOLESDUETO HIDDENERRORS GeneralFailureModel 6768 COMPORTAMENTILOCALI ERRORILATENTI CONDIZIONIECCEZIONALI SICUREZZANELPROFONDO PRECURSORI PSCOLOGICI AZIONICHE AGISCONO SULLA SICUREZZA ERRORILATENTIALIVELLO DECISIONALE FAILURE 69 STRUCTURAL CONCEPTION STRUCTURAL TOPOLOGY & GEOMETRY threats No Yes threats STRUCTURAL MATERIAL &PARTS No Yespassive structural characteristics threats FIREDETECTION &SUPPRESSION No Yes active structural characteristics threats ORGANIZATION& FIREFIGHTERS No Yes threats MAINTENANCE &USE No Yes threats No alive structural characteristics Yes STRUCTURAL SYSTEM CHARACTERISTICS STRUCTURAL SYSTEM WEAKNESS Structural Fire Design 70 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
STRUCTURAL CONCEPTION STRUCTURAL TOPOLOGY & GEOMETRY threats No Yes threats STRUCTURAL MATERIAL &PARTS No Yespassive structural characteristics Yes 71 FIREDETECTION &SUPPRESSION active structural characteristics threats ORGANIZATION& FIREFIGHTERS No Yes threats MAINTENANCE &USE No Yes threats No alive structural characteristics Yes 72 73 Limiti 74 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
STRUTTURECON COMPORTAMENTOPERFORMA 75 STRUTTURECON COMPORTAMENTOVETTORIALE 76 STRUTTURECON COMPORTAMENTOSEZIONALE 77 STRUTTURECONCOMPORTAMENTO DISUPERFICIE 78 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
7980 SCurve 81 Reachinglimits 82 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
83 Lorenz 84 MentalHeritage 85 Bias 86 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
HybridSolution 8788 Limits 89 Ecalations 90 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Limits 91 Limits 92 93 TheVasasinking •TheSwedishflagshipVasa‘sfirstandfinalsailinginAugust1628leftfine fodderforfuturemanagementconsultants–anall-purposecautionarytale ofanoverbearingbuttechnicallycluelessbosspushingthroughhispet project. •KingGustavusIIAdolphus,strivingtomakeSwedenasuperpower(inhisbid tomaketheBalticfleetjointheThirtyYearWar),hadwantedfournew warshipsbuiltfast.WorkmenwerealreadylayingtheVasa’skeelwhenthe kingordereditslengthextended.Hisseasonedmastershipwright,fearingto challengethefamouslyhot-temperedking,wentahead. •Theshipwrightthentookill,directedtheprojectasbesthecouldfromhis sickbedanddiedbeforeitwasfinished.Hisinexperiencedassistantthen tookover,andthekingorderedasecondgundeck,possiblyspurredbyfalse reportsthatrivalDenmarkwasbuildingashipwithdoublegundecks.The resultwasthemostlavishlyappointedandheavilyarmedwarshipofitsday, butonetoolongandtootallforitsbeamandballast–amatchlessarrayof featuresonanunstableplatform.Whenthestandardstabilitytestofthe day–30sailorsrunningfromsidetosidetryingtorocktheboat–tiltedthe Vasaperilously,thetestwascanceledandtheshipreadiedforlaunch. •Despiteanobviouslackofstabilityinport,shewasallowedtosetsailand founderedafewminuteslaterwhenshefirstencounteredawindstronger thanabreeze.Shedrowned. 94 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
95 9798 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
EvolutiveJump 99100 Effettiscala 101102 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
SCALEEFFECTS 103104 105 TheSpruceGoose 106 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
QuebecBridge https://en.wikipedia.org/wiki/Quebec_Bridge 107 QuebecBridgeFailure 108 ChordMembers 109 2ndQuebecBridge 110 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
GLOBALLEVEL 3300m Locallevel 200m Example:SizeEffect 111 Motivation 112 113 Nonaka&Takeuchi: conoscenzaespliciteeimplicite 114 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
115116 117118 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
119120 121 StrSSStrSt o rrtrt NooNN GER www.stronger2012.com 122 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
2-Definizionedisistema strutturale.Rappresentazione escomposizione.Regionidiffusive eallaBernoulli-Navier. FrancoBontempi ProfessoreOrdinariodiTecnicadelleCostruzioni FacoltàdiIngegneriaCivileeIndustriale SapienzaUniversitàdiRoma franco.bontempi@uniroma1.it 1 Organizzazione 2 3 ELEMENTIECOMPONENTI STRUTTURALI ORGANIZZAZIONE Lerelazionistabilidifunzione,funzionalità etopologiachedannosignificatoagli elementiindipendentementedallalorospecificità. STRUTTURA Elementispecificichetramitelerelazioni strutturaliformanounaconfigurazionepersistentenel tempo SISTEMA Strutturadurevoledielementiorganizzati,che vieneosservatacomeunitàchepresenta caratteristicheemergenti. 4 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
ELEMENTIECOMPONENTI STRUTTURALI ORGANIZZAZIONE Lerelazionistabilidifunzione,funzionalità etopologiachedannosignificatoagli elementiindipendentementedallalorospecificità. STRUTTURA Elementispecificichetramitelerelazioni strutturaliformanounaconfigurazionepersistentenel tempo SISTEMA Strutturadurevoledielementiorganizzati,che vieneosservatacomeunitàchepresenta caratteristicheemergenti. 5 Strategy#0:Decomposition 6 MainCharacteristics •Micro-level: localsizeofthesections,i.e.thickness,area, inertia,…(DetailedGeometry) •Meso-level: formofthestructuralelementorstructuralpart (substructure),i.e.mainlongitudinalaxis, curvature,profile,…(GlobalGeometry) •Macro-level: connectionsofthedifferentstructuralparts(Load Path) 7 http://carat.st.bv.tum.de/caratuserswiki/index.php/Users:Structural_Optimization/General_Formulation OptimizationLevels 8 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
http://carat.st.bv.tum.de/caratuserswiki/index.php/Users:Structural_Optimization/General_Formulation OptimizationLevels Micro-level: localsizeofthesections, i.e.thickness,area, inertia,…(Detailed Geometry) Meso-level: formofthestructural elementorstructuralpart (substructure),i.e.main longitudinalaxis,curvature, profile,…(GlobalGeometry) Macro-level: connectionsofthe differentstructural parts(LoadPath) 9 Componentistrutturali 10 TRAVEDIDESAINTVENANT L D d Hx 11 Esempisemplicidisezioniditrave D d H H b B d t 12 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Allungamentogeometrico H H H L=10•H L=5•H L=3•H H B B B regione diffusiva (a) (b) (c) 13 PrincipiodiSaintVenant •IsistemiAeBdicarichiapplicatisulcorposono staticamenteequivalenti,ovverohannolestesse risultantiglobali. AB 14 PrincipiodiSaintVenant: traveasezionecompatta A B C b F F C=F•b F F 2•F x x x 15 Meccanismielementaridi deformazionediunatrave 16 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
MMeccanismoelementaredi deformazioneassiale. 17 MMeccanismoelementaredi deformazionetagliante. 18 MMeccanismoelementaredi deformazioneflessionale 19 Rispostamecanicadellasezione 20 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
ModellodiDrucker 21 Formulazionedielementibeam 22 Fenomenidi aderenza/scorrimento 23 B-/D-Regions(1) A B C DE F G H 1 2 3 45 6 7 8 24 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
B-/D-Regions(2) A B C DE F G H 25 Suddivisionedellastruttura inB-eD-regions(1) •L'analisidiunsistemastrutturalecomplesso difficilmentepuòesserecondottoinun'unica fase. •All'internodellastrutturasonoinfatti presenti,generalmente,dueclassidiregioni, chepresentanocomportamentimeccanici qualitativamentedifferenti. •Sipossonoinfattiindividuarelecosiddette: 26 Suddivisionedellastruttura inB-eD-regions(2) •B-REGIONS:regionidovelostatodisforzoè conseguenteadunregimedeformativo semplice(conandamentilineari);laletteraB derivadaBernoulli,cheindividuòinsiemea Navierl'ipotesisulcomportamentodellesezioni delletravicheruotano,restandopiane; •D-REGIONS:regionidovel'assenzadiuna cinematicasemplice,comportastatidisforzo comunquecomplessi;sihannoquindiregioni genericamentesedidistatidisforzodiffusivi,da cuiderivalaletteraD.27 Suddivisionedellastruttura inB-eD-regions(3) •LeD-regionssonotuttequellezonedi singolaritàperlastruttura,ovesiverificano discontinuitàgeometricheodimateriale,o dovesonoapplicateforzeconcentrate,sia carichichereazionivincolari. 28 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
29 Nota a)TutteleconnessionisiconfiguranocomeD-regions. b)Ilcomportamentocomplessivostrutturaleèil risultatodell'integrazione(risultantealivello macroscopico)delcomportamentolocaleditaliD- regions. c)Ilcomportamentolocale,inparticolarela deformabilitàlocale,puòfaremergere comportamentiinaccettabili. d)Eventualicrisilocalipossonomettereinpericolola cosiddettaintegrità(robustezza)dell'intero organismostrutturaleeciòèevitatodaunaaccurata progettazione.30 Es. 31 Es. 32 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
3334 35 http://www.lemessurier.com/citigroup_center 36 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
3738 InterfacciaB-/D-regions 1°step2°step 39 Nota •Lecondizionialcontorno,interminidiforze superficiali,sonoottenuteimponendodistribuzioni disforziinequilibrioconlerisultantiagentisutali elementi. •Glielementialcontornodellazonadidiffusione servonoaforniregliopportunienecessarivincoli elastici. 40 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
1°step 41 2°step 42 Analisimultilivello •Apparequindiopportuno/necessariodividere l'analisidelsistemastrutturalecomplessoinpiùfasi susseguenti: a)analisiglobale; b)analisilocalealprimosottolivello; c)analisilocalealsecondosottolivello; d)…. •L'impostazionediquestoprocessoapiùlivelli (annidati)dianalisi,puòessereformalizzato attraversoilconcettodisottostrutturazione. •Sipassadaglielementistrutturali,rappresentatidai relativiassi,adiscretizzazioniadelementifinitivia viapiùfitte(FAMIGLIEDIMODELLI).43 Globalanalysis/ Macro-level models (Synthesis) Meso-level models Micro-level models 44 yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyysiisisisisisisisissiisiisisisisssssssssssssss////////////////////////// basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
4546 4748 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Sezioninoncompatte/ Profilisottili 49 Instabilitàlocali 50 51 Initial Final Cyclic Behavior 52 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
PPerditadiforma(1) 53 Perditadiforma(2) 54 DDiaframmitrasversali(1) 55 Diaframmitrasversali(2) 56 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
http://carat.st.bv.tum.de/caratuserswiki/index.php/Users:Structural_Optimization/General_Formulation OptimizationLevels Micro-level: localsizeofthesections, i.e.thickness,area, inertia,…(Detailed Geometry) Meso-level: formofthestructural elementorstructuralpart (substructure),i.e.main longitudinalaxis,curvature, profile,…(GlobalGeometry) Macro-level: connectionsofthe differentstructural parts(LoadPath) 57 Ovalizzazione 58 Ovalizzazione:flangia 5960 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Effettilocali: ruolodellecostolature 61 Profilisottilietorsione 62 Shear-lag 63 Es. 64 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
65 Overalldeckarrangement 66 FBDalian,June200867 deckarrangement(planview) 67Dalian,June2008 highwaygirderarrangement 68 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
FBDalian,June200869 railwaygirderarrangement 69FBDalian,June20087070 transverseelementsection 71FBDalian,June20087272 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
FBDalian,June20087373FBDalian,June20087474 FBDalian,June20087575FBDalian,June20087676 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
FBDalian,June20087777FBDalian,June20087878 FBDalian,June200879 NODALREGIONS DIFFUSIVEREGIONS 79 CONFRONTIFORMEMODALIDEIMODELLISHELLISOP4,ISOP8EFRAME Gruppo1 ModelloFrame T=0.390s. Modo1 ModelloShellISOP4ModelloShellISOP8 T=0.365s. Modo1 T=0.360s. Modo97 80 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
CONFRONTIFORMEMODALIDEIMODELLISHELLISOP4,ISOP8EFRAME Gruppo2 ModelloFrame T=0.272s. Modo2 ModelloShellISOP4ModelloShellISOP8 T=0.275s. Modo2 T=0.280s. Modo98 81 CONFRONTIFORMEMODALIDEIMODELLISHELLISOP4,ISOP8EFRAME Gruppo5 ModelloFrame T=0.137s. Modo4 ModelloShellISOP4ModelloShellISOP8 T=0.150s. Modo5 T=0.170s. Modo119 82 CONFRONTIFORMEMODALIDEIMODELLISHELLISOP4,ISOP8EFRAME Gruppo8 ModelloFrame T=0.094s. Modo9 ModelloShellISOP4ModelloShellISOP8 T=0.131s. Modo8 T=0.138s. Modo146 83 Globalanalysis/ Macro-level models (Synthesis) Meso-level models Micro-level models 84 yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyysiisisisisisisisissiisiisisisisssssssssssssss////////////////////////// basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Courtesyby: 8586 Sistemistrutturali 87 LOADPATH(1) 88 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Es. 89 Es. 90 Es. 91 Es. 92 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Transmissionofverticalload 93 Es. 94 95 Conceptualdesignofloadpath http://www.mazda.com/en/innovation/technology/skyactiv/skyactiv-body/ 96 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
97 Multi-loadpathstructure 98 Toimprovecrashsafetyperformance,weadoptedamulti-load pathstructure.Thestructureefficientlyabsorbstheloadatthe timeofacrashbydispersingitinmultipledirections. Forexample,energyreceivedwhenafrontalcollisionoccursis absorbedbybeingdispersedalongthreecontinuousroutes (paths):fromthefrontframetotheB-frame,fromthefront frametothesideofthebody,andfromthefrontframetothe A-pillar. Inparticular,theupperbranchframe,whichdivertstheloadto theA-pillar,isamulti-functionalpartthatalsoworkstocancel theupwardmotionofthefrontframe. Tocreatethiskindofpath,partssuchasdoorhinges,whichdo notnormallyplayaroleinabsorbingshock,areimportant elementsinthedesign. Naturally,themulti-loadpathstructureisadoptedforlateral collisionsandrearcollisionsaswelltofunctioninthesame way,thusgreatlyimprovingsafetyperformance. 99 ddddddddddddddddddddddddddddddddd 100 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
101102 102 LoadPath FORMA 103 VETTORE 104 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
FLESSIONE 105 SUPERFICIE 106 ALTI 107 STRUCTURALSYSTEM 108 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Struttura Sottostruttura Componenti Elementi Es. 109110 110 TorrePontina(Latina) 111 TorreBaccari(Latina) 112 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
113 113 raccoltatrasmissionestabilizzazione Es. 114 115116 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
117118 119 Scomposizioneoperativa PONTE 120 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
121 MICROLIVELLO variabili MACROLIVELLO MESOLIVELLO ELEMENTO COMPONENTE SOTTO STRUTTURA STRUTTURA SISTEMA STRUTTURALE PONTE IlMACROLIVELLO,checomprendeilPonte nellasuaglobalitàeisistemistrutturali; IlMESOLIVELLO,cheincludelediverse struttureesottostrutturechecompongonoil sistemastrutturale; IlMICROLIVELLO,nelqualevengonodescritti icomponentidellesottostruttureeirispettivi elementicostituenti. Perciascunlivellodevonoesserepoi identificateedefinitelevariabilidiprogetto. Ilcomplessosistemastrutturaledeveesserescomposto, ovverosottostrutturato,inlivellicrescentididettaglio: Scomposizionestrutturale 122 Individuazionedelle VARIABILIdiprogetto perciascunelemento IIn VAAAAAAAAAA ppppeppppppp Individuazionedegli ELEMENTI perciascuncomponente IndIIIIIII errrcrrrrrrrp Individuazionedei COMPONENTI diciascunasottostruttura In CCCCCCCC icicicicicicicccccdi SOTTOSTRUTTURAZIONE delsistemaglobale perlostudiodidettaglio dellesingoleprestazioni SISTEMADI RITEGNO/SOSTEGNO FONDAZIONIDELLETORRI ANCORAGGI TORRI LATOSICILIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING DIAFRAMMI MOVIMENTIDITERRA ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO ZAVORRA LATOSICILIA LATOCALABRIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING ARMATURE CARPENTERIE DIAFRAMMI GETTIINC.A. ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO Calcestruzzo TRATTAMENTITERRENI JET-GROUNDING DIAFRAMMI Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Cubature Tecnichediintervento Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Profondità Peso Cubatura Classedicalcestruzzzo Granulometriadegliaggregati Altezza Lunghezza Altezza Lunghezza Spessore Profondità Tipologia Configurazione Tecnichedicostruzione Tecnichediintervento Tecnichediintervento Altezza Lunghezza Larghezza Distanzadallatorre Configurazione Quota Tecnichedicostruzione Inclinazionesistemiancoraggio Tecnichediintervento Tipologiastrutturale Rapportofreccia/luce Francoperlanavigazionemarit. Posizionamentoetracciato Tipologiaimpalcato Profilolongitudinaleimpalcato FONDAZIONI DELLEANTENNE FOUNDATIONSOF PYLONS ANTENNALATOSICILIA ANTENNALATOCALABRIA GAMBEELEM.CORRENTI CONCIODIBASE TRAVERSI CONCIODISOMMITÀ ELEMENTISECONDARI ACCESSIEDARREDI CARRIPONTEDISERVIZIO DISP.CONTR.VORTEX-SHEDDING Trazioneferroviaria Illuminazionestradaleinterna Illuminazionestradaleesterna Smaltimentoliquidinocivi Distrib.ealim.elettrica LATOSICILIA LATOCALABRIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING DIAFRAMMI MOVIMENTIDITERRA ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO ZAVORRA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING DIAFRAMMI MOVIMENTIDITERRA ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO ZAVORRA TESTATADIANCORAGGIO PIASTREDIANCORAGGIO BARREPRECOMPRESSIONE MANICOTTODIRACCORDO TESTATADIANCORAGGIO PIASTREDIANCORAGGIO BARREPRECOMPRESSIONE MANICOTTODIRACCORDO LATOSICILIA LATOCALABRIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING ARMATURE CARPENTERIE DIAFRAMMI GETTIINC.A. ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO Calcestruzzo TRATTAMENTITERRENI JET-GROUNDING DIAFRAMMI LATOCALABRIA LATOSICILIA CAMPATALATOCALABRIA CAMPATALATOSICILIA FUNI FILI CAMPATACENTRALE FILOD’AVVOLGIMENTO Grigliatiinterni Grigliatiesterni Sistemidiritenuta Barriere Accessi Drenaggi Segnaleticastradale Sovrastrutturastradale Marciapiediferroviari ArmamentoferroviarioGrigliatiinterni Grigliatiesterni Barriere Accessi Sistemidiritenuta Drenaggi Segnaleticaferroviaria Rotaie Blocchidifissaggio Piastrainterna-esterna Traversine Telaiodilinea Sistemimeccanici Sistemielettrici Deumidificazione Impermeabilizzazione Protezioni meccaniche Sistemadi monitoraggio Equipaggiamenti Carri-pontediservizio Ascensori-montacarichi Traslatorisuicavi Sistemadi monitoraggio Sistemimeccanici Sistemielettrici EquipaggiamentiAlimentazioneidrica Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione ANCORAGGI ANCHORAGES Cubature Tecnichediintervento Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Profondità Peso Cubatura Classedicalcestruzzzo Granulometriadegliaggregati Altezza Lunghezza Larghezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Diametro Lunghezza Numero Classediacciaio Diametro Classediacciaio Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Cubature Tecnichediintervento Copriferro Lunghezza Interferro Passo Diametro Classediacciaio Peso Classe Cubatura Granulometriadegliaggregati Profondità Peso Cubatura Classedicalcestruzzo Granulometriadegliaggregati Altezza Lunghezza Larghezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Diametro Lunghezza Numero Classediacciaio Diametro Classediacciaio Scaladiaccesso Classe Portata Dimensioni Massa Smorzamento Costanteelastica GAMBEELEM.CORRENTI CONCIODIBASE TRAVERSI CONCIODISOMMITÀ ELEMENTISECONDARI Altezza Lunghezza Spessore Profondità Tipologia Configurazione Tecnichedicostruzione Tecnichediintervento Tecnichediintervento Altezza Lunghezza Larghezza Distanzadallatorre Configurazione Quota Tecnichedicostruzione Inclinazionesistemiancoraggio Tecnichediintervento Altezza Lunghezza Larghezza Distanzadallatorre Configurazione Quota Tecnichedicostruzione Inclinazionesistemiancoraggio Tecnichediintervento Altezzadeiconci Assemblaggiodeiconci Altezzasez.trasversale Altezzateorica Larghezzasez.trasversale IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE SISTEMIFRANGIVENTO Spessore Passo Modalitàdiconnessione Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Spessore Modalitàdiconnessione Rapportovuoto/pieno Curvatura Modalitàdiassembl.deiconci Larghezza Altezza IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza ClasseAcciaio Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Modalitàdiassembl.deiconci Altezza IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE TIRAFONDI ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza ClasseAcciaio Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Modalitàdiassembl.deiconci ClasseAcciaio Diametro Lunghezza Altezza IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza ClasseAcciaio Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Modalitàdiassembl.deiconci Altezza Assemblaggio Altezzasez.trasversale Larghezzasez.trasversale ClasseAcciaio ClasseAcciaio ClasseAcciaio ClasseAcciaio Assemblaggiodeiconci Altezzateorica IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE SISTEMIFRANGIVENTO Spessore Passo Modalitàdiconnessione Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Spessore Modalitàdiconnessione Rapportovuoto/pieno Curvatura Modalitàdiassembl.deiconci Larghezza Altezza ClasseAcciaio ClasseAcciaio ClasseAcciaio ClasseAcciaio Altezzadeiconci Altezzasez.trasversale Larghezzasez.trasversale IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza ClasseAcciaio Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Modalitàdiassembl.deiconci Altezza IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE TIRAFONDI ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza ClasseAcciaio Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Modalitàdiassembl.deiconci ClasseAcciaio Diametro Lunghezza Altezza ACCESSIEDARREDI CARRIPONTEDISERVIZIO DISP.CONTR.VORTEX-SHEDDING Scaladiaccesso Classe Portata Dimensioni Massa Smorzamento Costanteelastica IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza ClasseAcciaio Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Modalitàdiassembl.deiconci Altezza Assemblaggio Altezzasez.trasversale Larghezzasez.trasversale SELLE SADDLES PIASTRE IRRIGIDIMENTI SALDATURE CENTINA Lunghezza Spessore Larghezza Curvatura Lunghezza Spessore Larghezza Classeacciaio Classeacciaio Curvatura Classeacciaio Modalitàrealizzativa Tipologia Lunghezza Spessore Larghezza Classeacciaio Curvatura PIASTRE IRRIGIDIMENTI SALDATURE CENTINA Lunghezza Spessore Larghezza Curvatura Lunghezza Spessore Larghezza Classeacciaio Classeacciaio Curvatura Classeacciaio Modalitàrealizzativa Tipologia Lunghezza Spessore Larghezza Classeacciaio Curvatura Interassecavi Interassecoppiedicavi Numerofunipercavo Areanominalecavo Sistemaditessitura Lucedellacampata Diametrofuni Areanominalefuni Diametrofili Numerofiliperfuni Classeacciaio Lunghezzafili Diametro Classeacciaio Passo Sistemadicostipamento FUNI FILI FILOD’AVVOLGIMENTO Numerofunipercavo Areanominalecavo Sistemaditessitura Lucedellacampata Diametrofuni Areanominalefuni Diametrofili Numerofiliperfuni Classeacciaio Lunghezzafili Diametro Classeacciaio Passo Sistemadicostipamento FUNI FILI FILOD’AVVOLGIMENTO Numerofunipercavo Areanominalecavo Sistemaditessitura Lucedellacampata Diametrofuni Areanominalefuni Diametrofili Numerofiliperfuni Classeacciaio Lunghezzafili Diametro Classeacciaio Passo Sistemadicostipamento FUNI FILI COLLARI DISTANZIATORIMECCANICI CAPICORDAESNODI SMORZATORI Diametrofili Numerofiliperfuni Classeacciaio Lunghezzafili Classeacciaio Spessore Diametro Sistemadifissaggio Passo Spessore Interassefuni Classeacciaio Sistemadifissaggio Diametro Lunghezza Classeacciaio Tipologiasnodo Tipologia Caratteristichemeccaniche Materiale Interasse Caratteristicheviscose Configurazionegeometrica Interassependini Diametrofuni Areanominalefuni Numerodifuniperpendino Disposizionegeometrica PIASTRELATERALI IRRIGIDIMENTITRASVERSALI RIBS SALDATURE Altezza Spessore Lunghezza Classeacciaio Altezza Spessore Larghezza Classeacciaio Spessore Classeacciaio Interasse Tipologia Classeacciaio Modalitàrealizzativa Tipologia Arearesistente Momentid’inerzia PIASTRELATERALI IRRIGIDIMENTI LONGITUDINALI RIBS SALDATURE Spessore Classeacciaio Altezza Spessore Lunghezza Classeacciaio Altezza Spessore Classeacciaio Interasse Tipologia Classeacciaio Modalitàrealizzativa Tipologia Arearesistente Momentid’inerzia Formadellasezione Lunghezzadelcomponente Variazionedellecomponenti Larghezzadelcassone Altezzadelcassone Formadellasezione Lunghezzadelcomponente Lucecampatelaterali Variazionedellecomponenti Larghezzadell’impalcato Connessionecassoni-traverso Larghezzadelcassone Altezzadelcassone Formadellasezione Lunghezzadelcomponente Variazionedellecomponenti Larghezzadeltraverso Altezzadeltraverso PIASTRASUPERIORE PIASTRAINFERIORE PIASTRELATERALI IRRIGIDIMENTITRASVERSALI RIBS SALDATURE Larghezza Spessore Lunghezza Classeacciaio Larghezza Spessore Lunghezza Classeacciaio Altezza Spessore Lunghezza Classeacciaio Altezza Spessore Larghezza Classeacciaio Altezza Spessore Classeacciaio Interasse Tipologia Classeacciaio Modalitàrealizzativa Tipologia Arearesistente Momentid’inerzia PISTONILONGITUDINALI PISTONITRASVERSALI PIASTRASUPERIORE PIASTRAINFERIORE PIASTRELATERALI IRRIGIDIMENTITRASVERSALI RIBS SALDATURE Larghezza Spessore Lunghezza Classeacciaio Larghezza Spessore Lunghezza Classeacciaio Altezza Spessore Lunghezza Classeacciaio Altezza Spessore Larghezza Classeacciaio Altezza Spessore Classeacciaio Interasse Tipologia Classeacciaio Modalitàrealizzativa Tipologia Tipologia Caratteristichemeccaniche Materiale Caratteristicheviscose Tipologia Caratteristichemeccaniche Materiale Caratteristicheviscose Arearesistente Momentid’inerzia APPOGGIDIESTREMITÀ GIUNTIDILATAZIONEFERR. GIUNTIDILATAZIONESTRAD. Gradidilibertà Tipologia Caratteristichemeccaniche Materiale Scorrimento Tolleranza Tipologia Caratteristichemeccaniche Materiale Scorrimento Gradidilibertà Tipologiastrutturale Rapportofreccia/luce Francoperlanavigazionemarit. Posizionamentoetracciato Tipologiaimpalcato Profilolongitudinaleimpalcato FONDAZIONI DELLEANTENNE FOUNDATIONSOF PYLONS ANTENNE PYLONS CAVIPRINCIPALI MAINCABLES PENDINI HANGERS CASSONE FERROVIARIO RAILWAYBOX TRAVERSO CROSSGIRDER TERMINALI OUTER INTERNE INNER ZONESPECIALIDI IMPALCATO APPROACHSPAN SISTEMADI SOSPENSIONE SUSPENSIONSYSTEM SISTEMA STRUTTURALE PRINCIPALE MAIN STRUCTURAL SYSTEM IMPALCATO CORRENTE BRIDGEDECK SISTEMADI SOSTEGNO/RITEGN O SUPPORTING CONDITION =1=2 =1=2 =1=2 =1=2 =1=2 =1=2 =1=2 CASSONI STRADALI HIGHWAYBOXES PONTE Sistemastrutturale secondario Secondary structuralsystem Sistemastrutturale ausiliario Auxiliary structuralsystem Stradale Highwaysystem Ferroviario Railwaysystem Funzionamento Operation Manutenzione Maintenance Emergenza Emergency ANTENNALATOSICILIA GAMBEELEM.CORRENTI CONCIODIBASE TRAVERSI CONCIODISOMMITÀ ELEMENTISECONDARI ACCESSIEDARREDI CARRIPONTEDISERVIZIO DISP.CONTR.VORTEX-SHEDDING LATOSICILIA LATOCALABRIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING DIAFRAMMI MOVIMENTIDITERRA ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO ZAVORRA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING DIAFRAMMI MOVIMENTIDITERRA ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO ZAVORRA TESTATADIANCORAGGIO PIASTREDIANCORAGGIO BARREPRECOMPRESSIONE MANICOTTODIRACCORDO TESTATADIANCORAGGIO PIASTREDIANCORAGGIO BARREPRECOMPRESSIONE MANICOTTODIRACCORDO LATOSICILIA LATOCALABRIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING ARMATURE CARPENTERIE DIAFRAMMI GETTIINC.A. ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO Calcestruzzo TRATTAMENTITERRENI JET-GROUNDING DIAFRAMMI Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione ANCORAGGI ANCHORAGES Cubature Tecnichediintervento Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Profondità Peso Cubatura Classedicalcestruzzzo Granulometriadegliaggregati Altezza Lunghezza Larghezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Diametro Lunghezza Numero Classediacciaio Diametro Classediacciaio Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Cubature Tecnichediintervento Copriferro Lunghezza Interferro Passo Diametro Classediacciaio Peso Classe Cubatura Granulometriadegliaggregati Profondità Peso Cubatura Classedicalcestruzzo Granulometriadegliaggregati Altezza Lunghezza Larghezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Diametro Lunghezza Numero Classediacciaio Diametro Classediacciaio Scaladiaccesso Classe Portata Dimensioni Massa Smorzamento Costanteelastica Altezza Lunghezza Spessore Profondità Tipologia Configurazione Tecnichedicostruzione Tecnichediintervento Tecnichediintervento Altezza Lunghezza Larghezza Distanzadallatorre Configurazione Quota Tecnichedicostruzione Inclinazionesistemiancoraggio Tecnichediintervento Altezza Lunghezza Larghezza Distanzadallatorre Configurazione Quota Tecnichedicostruzione Inclinazionesistemiancoraggio Tecnichediintervento Altezzadeiconci Assemblaggiodeiconci Altezzasez.trasversale Altezzateorica Larghezzasez.trasversale IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE SISTEMIFRANGIVENTO Spessore Passo Modalitàdiconnessione Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Spessore Modalitàdiconnessione Rapportovuoto/pieno Curvatura Modalitàdiassembl.deiconci Larghezza Altezza IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza ClasseAcciaio Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Modalitàdiassembl.deiconci Altezza IRRIGIDIMENTITRASVERSALI IRRIGIDIMENTILONG. PIASTRELATERALI SALDATURE TIRAFONDI ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione ClasseAcciaio Spessore Passo Modalitàdiconnessione Larghezza Lunghezza ClasseAcciaio Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Modalitàdiassembl.deiconci ClasseAcciaio Diametro Lunghezza Altezza IRRIGIDIMENTITRASVERSALI PIASTRELATERALI ClasseAcciaio Spessore ClasseAcciaio Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Altezza Assemblaggio Altezzasez.trasversale Larghezzasez.trasversale ClasseAcciaio ClasseAcciaio ClasseAcciaio ClasseAcciaio Tipologiastrutturale Rapportofreccia/luce Francoperlanavigazionemarit. Posizionamentoetracciato Tipologiaimpalcato Profilolongitudinaleimpalcato FONDAZIONI DELLEANTENNE FOUNDATIONSOF PYLONS ANTENNE PYLONS SISTEMADI SOSTEGNO/RITEGN O SUPPORTING CONDITION =1=2 =1=2 GAMBEELEM.CORRENTI LATOSICILIA LATOCALABRIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING DIAFRAMMI MOVIMENTIDITERRA ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO ZAVORRA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING DIAFRAMMI MOVIMENTIDITERRA ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO ZAVORRA TESTATADIANCORAGGIO PIASTREDIANCORAGGIO BARREPRECOMPRESSIONE MANICOTTODIRACCORDO TESTATADIANCORAGGIO PIASTREDIANCORAGGIO BARREPRECOMPRESSIONE MANICOTTODIRACCORDO LATOSICILIA LATOCALABRIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING ARMATURE CARPENTERIE DIAFRAMMI GETTIINC.A. ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO Calcestruzzo TRATTAMENTITERRENI JET-GROUNDING DIAFRAMMI Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione ANCORAGGI ANCHORAGES Cubature Tecnichediintervento Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Profondità Peso Cubatura Classedicalcestruzzzo Granulometriadegliaggregati Altezza Lunghezza Larghezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Diametro Lunghezza Numero Classediacciaio Diametro Classediacciaio Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Cubature Tecnichediintervento Copriferro Lunghezza Interferro Passo Diametro Classediacciaio Peso Classe Cubatura Granulometriadegliaggregati Profondità Peso Cubatura Classedicalcestruzzo Granulometriadegliaggregati Altezza Lunghezza Larghezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Diametro Lunghezza Numero Classediacciaio Diametro Classediacciaio Altezza Lunghezza Spessore Profondità Tipologia Configurazione Tecnichedicostruzione Tecnichediintervento Tecnichediintervento Altezza Lunghezza Larghezza Distanzadallatorre Configurazione Quota Tecnichedicostruzione Inclinazionesistemiancoraggio Tecnichediintervento Altezza Lunghezza Larghezza Distanzadallatorre Configurazione Quota Tecnichedicostruzione Inclinazionesistemiancoraggio Tecnichediintervento Altezzadeiconci Assemblaggiodeiconci Altezzasez.trasversale Altezzateorica Larghezzasez.trasversale IRRIGIDIMENTITRASVERSALI PIASTRELATERALI Spessore Larghezza Spessore Modalitàdiconnessione Lunghezza Larghezz Altezza ClasseAcciaio Tipologiastrutturale Rapportofreccia/luce Francoperlanavigazionemarit. Posizionamentoetracciato Tipologiaimpalcato Profilolongitudinaleimpalcato FONDAZIONI DELLEANTENNE FOUNDATIONSOF PYLONS SISTEMADI SOSTEGNO/RITEGN OOO SUPPORTING CONDITION LATOSICILIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING DIAFRAMMI MOVIMENTIDITERRA ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO ZAVORRA TRATTAMENTITERRENI JET-GROUNDING DIA TESTATADIANCORAGGIO PIASTREDIANCORAGGIO BARREPRECOMPRESSIONE MANICOTTODIRACCORDO LATOSICILIA LATOCALABRIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING ARMATURE CARPENTERIE DIAFRAMMI GETTIINC.A. ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO Calcestruzzo TRATTAMENTITERRENI JET-GROUNDING DIAFRAMMI Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione ANCORAGGI ANCHORAGES Cubature Tecnichediintervento Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggregati Profondità Peso Cubatura Classedicalcestruzzzo Granulometriadegliaggregati Altezza Lunghezza Larghezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Diametro Lunghezza Numero Classediacciaio Diametro Classediacciaio A Lunghez Spessore Tecnichedicostruzione Tecnichediintervento Tecnichediintervento Altezza Lunghezza Larghezza Distanzadallatorre Configurazione Quota Tecnichedicostruzione Inclinazionesistemiancoraggio Tecnichediintervento Altezza Lunghez La Distanzadallatorre Configurazione Quota Tec In FONDAZIONI DELLEANTENNE FOUNDATIONSOF PYLONS LATOSICILIA TRATTAMENTITERRENI JET-GROUNDING DIAFRAMMI MOVIMENTIDITE LATOSICILIA LATOCALABRIA TRATTAMENTITERRENI GETTIINC.A. JET-GROUNDING ARMATURE CARPENTERIE DIAFRAMMI GETTIINC.A. ARMATURE CARPENTERIE CALCESTRUZZO Calcestruzzo TRATTAMENTITERRENI JET-GROUNDING DIAFRAMMI C C Tecnic Coprifer Lung Interfe Passo Classediacci Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliaggreg Classedicalcestruzzo Tecnichediintervento Classedicalcestruzzo Altezza Lunghezza Spessore Classediacciaio Tecnichedicostruzione Copriferro Lunghezza Interferro Passo Classediacciaio Peso Diametro Cubatura Classe Granulometriadegliag Tecnich Tecnichediintervento Alte Lun L Distanzada Configurazio Quota Tecni Inclina FONDAZIONI DELLEANTENNE FOUNDATIONSOF PYLONS 123 TipologiapolopolipologTipologipTipologipologipolooogTipg ConfigurazioneonfigConfigurazionConfigurazioneConfigurazioneguraziorazioziConfigurazionCConfigurazioneConfiguuuraziorazionConfigurazioneuraz ralelogiastrutologiastrutturaleTipologiastrutturaleologiastrutturalesogiastrutturalestrutturaleutturaTipologiastrutturalealTTpologiastrutturalesTTloogiastrutturstruuteaaleg Rapportofreccia/luceRapportofreccia/luceRapportofreccapportofreccia/luceRapportofrecfreccia/lfreccapportofreccia/pportofreccia/lucpportofreccia/lucRapportofreccia/lureccia/luapportofreccia/lucfreccia/lucpportofrepportofreccia/lucepportofreccia/lucefrfreccia/lucecrtofreccRapportofreccia/luceortofrec FrancoperlanavigazFraFrancoperlanavigFrancoperlanavigaFrancoperlanavigazoperlanavignavigazFrancoperlanavigazFrancoperlanavigFrncoperlanaviganavigerlanFrancoperlanavigaoperlanavigazrancoperlanavigazzFcoperlanavigFrancoperlanoppelcopgionemaritionemnememmmionemarit.m PosizionamentoetracosizionamentoetrasizionamentoetracsizionamentoetracizionamentoetracsizionamenzionamentoetracoetracosizionamsizionameizPosizionamentoetracnosizionamentossizionamenizenntacciatoatotatciatoatciatoatto TipologiaimpaTipologiaimpalcatoTipologiaimpalcatoTipologiaimpalcatoipologiaimpalcatopologiaimpalcatologiaimpTipologiaimpalcagiaimpalcaogiaimpimpalcagiaimpalcaogiaimTipologiaimpalcaTipologiaimpalcTipologiaimpalcatTTipologiaimpalcipologiaimpalcatogiaimpaTipologiaimpalcaipologiaimpalcogiaimpalcaacaT ProfilolongitProfilolongitudinaleitiittududintudtuintuimpalcatom 124 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
PerformanceLevels&DesignVariables MACRO-LEVELMESO-LEVELMICRO-LEVEL DESIGN VARIABLES PERFORMANCE LEVELS MACRO-LEVEL MESO-LEVEL MICRO-LEVEL 125 XY Z SEP142005 15:49:11 ENTS SEP142005 15:49:11 Soil-StructureInteraction 126 Es. 127128 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
129130 MAIN STRUCTURAL SYSTEM AUXILIARY STRUCTURAL SYSTEM SECONDARY STRUCTURAL SYSTEM SPECIAL DECKZONES BRIDGE DECK HIGHWAYSYSTEM RAILWAYSYSTEM OPERATION MAINTENANCE EMERGENCY FOUNDATIONOFTOWERS TOWERS ANCHORAGES SUPPORTING CONDITION HIGHWAYBOX-GIRDER CROSSBOX-GIRDER RAILWAYBOX-GIRDER INNER OUTER BRIDGE SUPERSTRUCTURE MACRO-LEVELS MESO-LEVELS MAINCABLES HANGERS SUSPENSION SYSTEM SADDLES INNER OUTER HIGHWAYBOX-GIRDER CROSSBOX-GIRDER RAILWAYBOX-GIRDER HANGERS FOUNDATIONOFTOWERS TOWERS ANCHORAGES MAINCABLES SADDLES 131 LineLoad1 LineLoad2 LineLoad3 LineLoad4 LineLoad5 LineLoad6 LineLoad7 LineLoad8 LineLoad9 *** LineLoad1 LineLoad2 LineLoad3 LineLoad4 LineLoad5 LineLoad6 LineLoad7 LineLoad8 LineLoad9 *** Arealoads Dynamicmodel LineLoad Local Traffic LineLoads Highway Railway Traffic Loads Ambientali Antropiche Azioni Interazioneconilcampo gravitazionaleterrestre Interazionedinamicacon l’ambientemeteorologico Interazioneterreno-struttura Interazionequasi-staticacon l’ambientemeteorlogico Carichipermanentistrutturali Carichipermanenti nonstrutturali Carichipermanenti strutturalisecondari Vento Trombad’aria Tempesta Sisma Cedimentidellefondazioni Rigettodifaglia Variazionetermicastagionale Variazionetermicadiurna Carichidatraffico Intenzionali Nonintenzionali Incendio Stradale Pedonale Ferroviario Carrellipermanutenzione Esplosione Scavalcamentobarriere Manomissione Cassoneferroviario Urtodiaereomobile Urtodinatante Impalcatoferroviario Impalcatostradale Ancoraggio ½Luce ¼Luce Torre TorrelatoSicilia AncoraggiolatoSicilia TraslazionaleX TraslazionaleY TraslazionaleY RotazionaleX TraslazionaleZ RotazionaleX Pendini Impalcato Cavi Torri Uniforme Differenzialeinterno-esterno Uniforme Differenzialeinterno-esterno Stesedicaricoglobali Modellodinamico Dislocatasuicassonistradali Modellodinamico Modellodinamico Stesedicaricoglobali Modellodinamico Improntalocale Esterna Interna Cassone Torre Stradale Ferroviario Ancoraggio Torre Pendino Cavalletto Torre Cavo Pendino Impalcato Ancoraggio Impalcato RotazionaleY RotazionaleZ TraslazionaleZ RotazionaleY Sovrastrutturastradale Armamentoferroviario Impianti Uniforme Nonuniforme1 Nonuniforme2 Modellodinamico Modellodinamico Spostamentobloccotorre Globale Globale Caricolocalesull’impalcato Modellodinamico Uniforme Nonuniforme1 Nonuniforme2 Inassenzaditraffico Inpresenzaditraffico Uniforme Uniforme Ferroviario1 Ferroviario2 Ferroviario3 Ferroviario4 Ferroviario5 Ferroviario6 Ferroviario7 Ferroviario8 Ferroviario9 Ferroviario10 Stradale1 Stradale2 Stradale3 Stradale4 Stradale5 Stradale6 Stradale7 Stradale8 Stradale9 Stradale10 Stradale11 Stradale12 Azionialcontorno deldominiostrutturale Azionineldominiostrutturale AzioniFunzionali AzioniIncidentali Azionichimico-fisiche Differenzialesullasezione Differenzialesullasezione Carichifunzionaliaccessori Improntelocalidelcarico Azionerealedeltraffico Caricolocalesulbinario Azionerealedeltraffico Stesedicaricoglobali AzionerealedeltrafficoModellodinamico Svio Deragliamento Urtosullebarrieredisicurezza Trasverso Torre Cavo Pendino Impalcato Ancoraggio Corrosione AncoraggiolatoCalabria TorrelatoCalabria TraslazionaleX TraslazionaleX TraslazionaleY RotazionaleX TraslazionaleY TraslazionaleZ RotazionaleX RotazionaleY TraslazionaleZ RotazionaleY RotazionaleZ RotazionaleZ RotazionaleZ TraslazionaleX Pendini Impalcato Cavi Torri Cassoneferroviario Accessiedarredi gambe trasversi funi Cassonestradale Impianti trasversi Pendini Impalcato Cavi Torri Dispositiviperilcontrollo strutturaleeaerodinamico funi Dispositiviperilcontrollo strutturaleeaerodinamico Distanziatorimeccanici Smorzatori Selle Impalcato Torri Cavi Guaineprotettive Guaineprotettive Pendini Azioniantropiche Caricostradale Caricoferroviario Collisione Azioniambientali Pesoproprio Caricotermico Vento Sisma Scomposizionedeicarichi 132 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
133 z y x,x’ z’ y’ Meanwaterlevel M udline Waves Mean wind Current P (t)vP (t)wP (t)uP Turbulent windVm(zP) P Meanwaterlevel Mudline Hublevel R H h vw(z’) Vcur(z’) z y z y x,x’ z’ y’ x,x’ z’ y’ Meanwaterlevel M udline Waves Mean wind Current P (t)vP (t)wP (t)uP P (t)vP (t)wP (t)uP Turbulent windVm(zP) P Meanwaterlevel Mudline Hublevel R H h vw(z’) Vcur(z’) Wind-WavesNonlinearInteraction forOffshoreWindTurbines(OWT) MULTI-PHYSICS 134 GLOBAL STRUCTURAL MODELING DESIGNENVIRONMENT MODELING135136 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
InterfacciaB-/D-regions 1°step2°step 137138 Substructuring 139140 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
141142 ELEMENTIECOMPONENTI STRUTTURALI ORGANIZZAZIONE Lerelazionistabilidifunzione,funzionalità etopologiachedannosignificatoagli elementiindipendentementedallalorospecificità. STRUTTURA Elementispecificichetramitelerelazioni strutturaliformanounaconfigurazionepersistentenel tempo SISTEMA Strutturadurevoledielementiorganizzati,che vieneosservatacomeunitàchepresenta caratteristicheemergenti. 143 Strategy#0:Decomposition 144 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
StructuresEssentials •Micro-level: localsizeofthesections,i.e.thickness,area, inertia,…(DetailedGeometry) •Meso-level: formofthestructuralelementorstructuralpart (substructure),i.e.mainlongitudinalaxis, curvature,profile,…(GlobalGeometry) •Macro-level: connectionsofthedifferentstructuralparts(Load Path) 145 http://carat.st.bv.tum.de/caratuserswiki/index.php/Users:Structural_Optimization/General_Formulation OptimizationLevels 146 http://carat.st.bv.tum.de/caratuserswiki/index.php/Users:Structural_Optimization/General_Formulation OptimizationLevels Micro-level: localsizeofthesections, i.e.thickness,area, inertia,…(Detailed Geometry) Meso-level: formofthestructural elementorstructuralpart (substructure),i.e.main longitudinalaxis,curvature, profile,…(GlobalGeometry) Macro-level: connectionsofthe differentstructural parts(LoadPath) 147148 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
149150 StrSSStrSt o rrtrt NooNN GER www.stronger2012.com 151 3-Requisitistrutturale.Percorso diequilibrio. Qualitàelementari. Qualitàsistemiche. FrancoBontempi ProfessoreOrdinariodiTecnicadelleCostruzioni FacoltàdiIngegneriaCivileeIndustriale SapienzaUniversitàdiRoma franco.bontempi@uniroma1.it 1 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
RRequisiti 2 RRequisitistrutturali •Condizionidiesercizio: •Rigidezza •Condizioniultime: •Resistenza •Stabilita’ •Duttilita’ •Durabilita’ •Condizioniestreme: •Robustezza •Resilienza •Configurazionenominale dellastruttura •Configurazionedanneggiata dellastruttura 3 RRobustezza/Durabilita’ 4 RESILIENCE 5 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Requisitielementari 6 SERVICEABILITY SAFETY DISPLACEMENT (rispostastrutturale) LOADPARAMETER(carico) 2 1 3 4 EQUILIBRIUMPATH (percorsodi equilibrio) 7 Formatidiverifica A O B Pmax Py ΔyΔmax ParametrodispostamentoΔ ParametrodicaricoP Pmax HPcr Preal S.L.E / T.A S.L.U / A.L. Py Δ B Pmax HHPcr Prealreal 89 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
LLevelsofStructuralCrisis UsualULS&SLS VerificationFormat StructuralRobustness Assessment 1stlevel: Material Point 2ndlevel: Element Section 3rdlevel: Structural Element 4thlevel: Structural System10 Nota:criticitàdellasezione… A BC 11 Rispostastrutturale 12 Sensibilitàalleimperfezioni 13 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Scaledeifenomeni diinstabilità 14 Globale Elemento 15 All’interno ddell’elemento 16 Ponding EEffect Instabilitàperaccumulodicarico 17 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Rispostastrutturale eformatidiverifica 18 Caricoimposto 19 Carico/Spostamentoimposto(1) 20 Carico/Spostamentoimposto(2) 21 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Carico/Spostamentoimposto(3) 2223 Pushover 2425 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
2627 2829 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
30 Pushoverciclico 31 Requisitisistemici 32 Requisitistrutturali •Condizionidiesercizio: •Rigidezza •Condizioniultime: •Resistenza •Stabilita’ •Duttilita’ •Durabilita’ •Condizioniestreme: •Robustezza •Resilienza •Configurazionenominale dellastruttura •Configurazionedanneggiata dellastruttura 33 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
RRobustezza/Durabilita’ 34 RESILIENCE 35 DDurabilità 3637 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
3839 4041 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
42 LevelsofStructuralCrisis UsualULS&SLS VerificationFormat StructuralRobustness Assessment 1stlevel: Material Point 2ndlevel: Element Section 3rdlevel: Structural Element 4thlevel: Structural System43 44 StructuralRobustness(1) ATTRIBUTES RELIABILITY AVAILABILITY SAFETY MAINTAINABILITY INTEGRITY SECURITY FAILURE ERROR FAULT 44 permanentinterruptionofasystemability toperformarequiredfunction underspecifiedoperatingconditions thesystemisinanincorrectstate: itmayormaynotcausefailure itisadefectandrepresentsa potentialcauseoferror,activeordormant THREATS NEGATIVECAUSE STRUCTURALQUALITY morerobust lessrobust •Capacityofaconstructiontoshowregular decreaseofitsstructuralqualitydueto negativecauses. •Itimplies: a)somesmoothnessofthedecreaseof structuralperformanceduetonegative events(intensivefeature); b)somelimitedspatialspreadofthe rupture(extensivefeature). 45 StructuralRobustness(2) basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
46 46 Compartimentazione 47 4849 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
50 1846 RUNAWAY(1) effect time51 EFFECT RUNAWAY(2) 5253 5353 Connessione basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Es. 5455 5657 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
58 BadvsGoodCollapse STRUCTURE &LOADS Collapse Mechanism NOSWAY “IMPLOSION” OFTHE STRUCTURE “EXPLOSION” OFTHE STRUCTURE isaprocessinwhich objectsaredestroyedby collapsingonthemselves isaprocess NOTCONFINED SWAY 59 Es. 6061 Es. basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
6263 6465 HotelWindsor,Madrid basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
6667 686869 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
7071 72 Collassoprogressivo 73 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Collassoprogressivo(1) 74 Collassoprogressivo(2) 75 Collassoprogressivo(3) 76 Collassoprogressivo(4) 77 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Collassoprogressivo(5) 78 compartimentzione 79 StructuralRobustness QUALITY DAMAGEorERROR REQUIRED PERFORMANCE NOMINAL PERFORMANCE NOMINAL SITUATION80 FARFIELDZONE EXCHAGEZONE STRUCTURE FARFIELDZONE EXCHAGEZONE STRUCTURE FARFIELDZONE EXCHAGEZONE STRUCTURE INFRASTRUCTURE OBJECT NET Local/Punctual Scale Global/Regional Scale Structural System Infrastructural System Alsoifartificial, thesesystems needtohave necessarily evolutivesoundness, ecologicalcoherence andsustainability characteristics Structure/Infrastructure 81 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
-----=ordinarynode =critical(active)nodein caseofemergency ----- =ordinaryprincipallink (e.g.road) =ordinaryalternativelink(e.g. underground) =criticalprincipallink =criticalalternativelink SCHOOL HOSPI TAL HOUSE AGGREGATE SPORT ARENA SHOPPING CENTER EMBASSY OFFICE UNIV. CAMPUS HOUSE AGGREGATE FIRE DEPT PLANT -Nodes:relevantpremisesforurbanactivities,strategicandcrowdedbuildings -Links:interconnectionsbetweenthem,transportandsupplysystems Structure/Infrastructure 82 RESILIENCE 83 Esempioperresilienza 8485 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
86 SeismicAction 87 CriticalNode 88 NodeCongestion 89 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
(0,0)(92,0) (92,29) (0,29) (0,54) (0,62)(28.5,62) (53,56) (63,45) (92,32) (92,34) SystemwithElementconnectedinSeries 90 SystemwithElementconnectedinParallel 91 StructuralSystemDegradation 9293 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
DamageatLocalLevel 94 DamageatElementLevel 95 DamageatStructuralLevel 9697 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
9899 100101 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
ATTRIBUTES THREATS MEANS RELIABILITY FAILURE ERROR FAULT FAULTTOLERANT DESIGN FAULTDETECTION FAULTDIAGNOSIS FAULTMANAGING DEPENDABILITY of STRUCTURAL SYSTEMS AVAILABILITY SAFETY MAINTAINABILITY permanentinterruptionofasystemability toperformarequiredfunction underspecifiedoperatingconditions thesystemisinanincorrectstate: itmayormaynotcausefailure itisadefectandrepresentsa potentialcauseoferror,activeordormant INTEGRITY waystoincrease thedependabilityofasystem Anunderstandingofthethings thatcanaffectthedependability ofasystem Awaytoassess thedependabilityofasystem thetrustworthiness ofasystemwhichallows reliancetobejustifiablyplaced ontheserviceitdelivers SECURITY Highlevel/active performance Lowlevel/passive performance 102103 104105 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
StrSSStrSt o rrtrt NooNN GER www.stronger2012.com 106 4-Criteridiprogetto. Comportamentielementari. Schemiresistentielementari. FrancoBontempi ProfessoreOrdinariodiTecnicadelleCostruzioni FacoltàdiIngegneriaCivileeIndustriale SapienzaUniversitàdiRoma franco.bontempi@uniroma1.it 1 Valori 2 Semplicità •Ilcriteriopiùgeneralediprogettoriguardala semplicità:perl’IngegneriaStrutturale,questoèun valorefondamentale,perchéponeifondamentiper lacertezzadicomportamento. •Questovalediventa,quindi,unastrategiaglobale pernonintrodurreulterioricomplessitàinun ambientegiàdipersealtamenteincerto. •Valeancheperindirizzarenellamanierapiùdiretta èpiùdolceilflussotensionale 3 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Regolaritàgeometrica esimmetria •Laregolaritàgeometricariguardaladisposizionein piantaedinelevazionedellastruttura;èconsigliata l’adozionediunaconfigurazionegeometricachiara, lineare,conlimitateeccentricitàevariazioni bruschedimasseorigidezze,conpossibili simmetrieeripetizioni. •Questoèuncriteriocheriguardatuttelescale strutturali,daicomponentiall’interastruttura:si pensialleconnessionidelleastenellestrutture reticolarialfinedievitaresollecitazioniparassiteo alladisposizionediuninteroedificio. 4 Regolaritàmeccanicae ediffusivitàdellostatodisforzo •Laregolaritàmeccanicariguardaquellochein inglesesidefinisce«smothness»:andamento piano,privodisingolarità’econcentrazioni,ovvero ingorghitensionali. •Questoèuncriteriocheriguardatuttelescale strutturali,daicomponentiall’interastruttura:si dovrebberoevitare(oconsiderareconestrema cura)lezonedisingolaritànellostatodiforzo(zone diffusiveestratilimite). 5 Ridondanzaeiperstaticità •Laridondanzastrutturaleconsistenelprevederela duplicazionedeipercorsiedeimeccanismiresistenti, ponendoliinparallelo,inmododaassicurarela sicurezzaglobaledell’operaancheincasodicrisida partediunsistemaresistente. •Aquestasiaccostailconcettodiiperstaticità,che consistenelprogettarestruttureconvincolied interconnessionisovrabbondantirispettoallaquantità strettamentenecessaria. •Entrambiicriteriassumonounruolonelgovernodel comportamentostrutturale,indirizzandonelledovute formelemodalitàdicollasso.6 Prevedibilitàneltempo •Riguardalanecessitàdiutilizzaremateriali, componentiosoluzioniilcuicomportamentosiail piùpossibileprevedibile. •Ancheinquestocaso,alterazionibruscheed imprevedibilideicomportamentimeccanicidi materialiecomponenti,chesiripercuotanosulla rispostastrutturalecomplessiva,nonpossono essereaccettabili. 7 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Principiodiprecauzione •Ilcriteriosirivolgeallasceltadeimaterialieprodotti strutturalidausarenelleopereaffinchésipossa garantireilrispettodeirequisitiprecedentemente indicati. •Perpoteressereutilizzatoaifinistrutturali,un materialeouncomponentedevonoavere caratteristichegeometriche,chimiche,fisichee meccaniche,certe. •Interminipiùgenerali,sifariferimentoall’attenzione chesideverivolgereall’ambiente. 89 Evitareiprobleminonrisolverli •Ilprogettistadeveevitarelesituazioniproblematiche inmododarisolvereallaradiceiproblemi. •L’unicomodocertoperaverrisoltoilproblemaènon incontrarlo,ovverononfarlonascere,evitandodi crearneipresupposti. 1011 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Integrazionevs. specializzazione 12 Monoscocca 13 14 Strutturatubulare 15 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Flexibility 16L h b Example 17 Lateralview 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3334353637 41424344 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122232425 26272829 X Z 22222 33 444444 5555555 6666666 77777777777777777 8888888 999999999 10100 3333333333333333434344333333353535533333333363636333333337373737333333 414141414414142424242442422434343444343344444444444444 1111111 1212122 1333311111 1414444 5555111 1616166 77771111 1818188 199991111 2020202 2121212222222222222222222232332322222222424442422222222525252525222222 26262626627272727282828229292929 XXX ZZZZZ XXXXXXXXX L h 18 Gravity:displacements 19 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
GGravity:moments 20 HHorizontalload:displacements 21 HHorizontalload:moments 22 HHorizontalload:axialaction 23 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
F F F F/5F/5F/5F/5F/5 Loadpath/Reactions 24 Curtainwalls 25 2627 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
2829 3031 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
32 http://www.slideshare.net/VinaySrivastava7/ shanghai-tower- facadedesignprocess11102011 33 3435 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
3637 Dettagli 3839 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
4041 42 Intagli-Concentrazionidisforzo 43 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
http://www.geocities.ws/marcmsc/fcometcr.htm4445 Coefficientediconcentrazione delletensioni 46 Materialeduttile 47 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Materialefragile 48 d/b 49 Unsemplicebullone… 50 Geometrieditransizione 51 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Geometrieditransizione 52 PressureVessel 53 5455 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
NozzleReinforcement 5657 Accoppiamenti 5859 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
6061 Accoppiamentistrutturali:parallelo 62 oooooooooooooooooooooooooooooo Inparallelo 63 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Inparallelo 64 ElasticolineareElasto-plastico Inparallelo 65 Elasticofragile Inparallelo 66 Elasticofragile Inparallelo 67 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
68 Accoppiamentistrutturali:serie Inserie 69 Gerarchiadelleresistenze 7071 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
72 Ergonomia 73 7475 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
7677 7879 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
8081 StrSSStrSt o rrtrt NooNN GER www.stronger2012.com 82 5-Problemadiottimo. Criteridiottimalità.Robustezza dellasoluzionenumerica. Soluzionisubottimali. Post-processingeuristici. FrancoBontempi ProfessoreOrdinariodiTecnicadelleCostruzioni FacoltàdiIngegneriaCivileeIndustriale SapienzaUniversitàdiRoma franco.bontempi@uniroma1.it 1 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
23 BasicOsservations 1D–local-suboptimal 4 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
ConvexvsNonconvexFunction 6 Convexvs.NonconvexDomain 7 89 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Note(1) •Structuraldesignistheprocessofdefiningthesystem itself.Atypicalexampleistheevaluationofthesizes andlocationsofmembersnecessarytosupporta prescribedsetofloads. •Clearly,analysisisasub-probleminthedesignprocess. •Thedesignprocessisusuallyatrial-and-error procedurewherethestructureisanalyzedrepeatedly forsuccessivemodificationsinthedesign. •Theavailabilityofhigh-speeddigitalcomputershas playedacentralroleinthedevelopmentofanalysis capabilities.Itisnowpossibletodevelopsimilartools forthedesignofcomplexstructures. 10 Note(2) •Informulatingastructuraloptimizationproblem,thedesign variablesarethosequantitiesdefiningastructuralsystem thatarevariedbythedesignmodificationprocedure. •Afailuremodeisanystructuralbehaviorcharacteristic subjecttolimitationbythedesigner. •Afeasibledesignsatisfiesalltherequirementsplacedonit andtheobjectivefunctionisafunctionofthedesign variableswhichprovidesabasisforchoicebetween alternativeacceptabledesigns. •Thetermloadconditionreferstooneofseveraldistinctsets ofloadsthatapproximatelyrepresenttheeffectofthe environmentonthestructure. •Thestructuraloptimizationproblemistoselectoptimal valuesofthedesignvariablessuchthatthespecified objectivefunctionisminimizedandasetofspecified constraintsaresatisfied. 11 Historicremark:MP •Mathematicalprogramming(MP)techniqueswere showntobeaneffectivetoolfordesignofnumerous civil,aeronautical,andspacestructures.Thispromising toolwasnewandmuchdevelopmentrequiredto establishthemethodology.Indeed,thesestructural synthesisconceptswereconsideredbymany researcherstobearevolutionarychangeinthe traditionalapproachtodesign. •Inthe1960's,enoughcomputationalexperiencehad beendocumentedtoindicatethatMPtechniques appliedtostructuraldesignwerelimitedtoonlyafew dozensdesignvariables. •Thus,despitethegeneralityofMP,applicationswere limitedtorelativelysmallstructures. 12 Historicremark:OC •Inthelate1960'sanalternativeapproach,called OptimalityCriteria(OC),waspresentedinanalytical formbyPragerandcoworkersandinnumericalformby Venkayyaandcoworkers. •Althoughthisapproachwaslargelyintuitive,itwas showntobemosteffectiveasadesigntool.Its principalattractionwasthatthemethodwaseasily programmedforthecomputer,wasrelatively independentofproblemsize,andusuallyprovideda near-optimumdesignwithafewstructuralanalyses. •Thislastfeaturerepresentedaremarkable improvementoverthenumberofanalysesrequiredfor MPmethodstoreachasolution.Consequently,much researcheffortwasdevotedtoOCmethodsduringthe earlyandmid1970's. 13 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Historicremark:MP/OC •MPwasattractiveduetoitsgeneralityandrigorous theoreticalbasis.Ontheotherhand,OChadnoclear theoreticalbasisandwould,onoccasion,leadto nonoptimumdesigns. •However,OCofferedasolutionforavarietyofpractical designproblems.Themainobstaclestotheimplementation ofefficientMPmethodspriorto1970wereassociatedwith thelargeproblemsize(largenumbersofdesignvariables andconstraints)andtheneedtorepeatthestructural analysismanytimes. •Muchefforthasbeendevotedtosolvetheseproblemssince themid1970's.Theintroductionofapproximation concepts,viareductionoftheproblemsizeandthe constructionofhighqualityexplicitapproximationsforthe constraints,hasledtotheemergenceofMPbased structuraloptimizationmethodsthatarecomputationally efficient 14 Note(a) 15 Note(b) 16 Note(c) 17 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
1819 2021 21 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
2223 23 Thenatureofoptimum(1) 24 DesignProcess 25 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
26 Example(1) 27 Example(2) 28 Thenatureofoptimum(2) Asub-optimalsolution toaproblemisone thatislessthanperfect. Slacksituation:looseandnotpulledtight. 29 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
30 BasicAspects 1D–local-suboptimal 31 32 32 1Dfunction 33 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Bracketingoftheminimum 34 1°step Δ1 βΔ1 a1b1c1 f(x) x35 2°step Δ2 βΔ2 a2 b2 c2 f(x) x36 3°step Δ3 βΔ3 a3 b3c3 f(x) x β=0.61803 37 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
QuadraticFitting 3839 40 Bracketing withparabolicinterpolation 41 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
CubicFitting 4243 4445 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
4647 4849 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
50 EXCEL 51 ScalingofDesignVariables •Itisoftendesirabletoeliminatewidevariationsin themagnitudesofdesignvariablesandthevalueof constraintsbynormalization. •Designvariablesmaybenormalizedtoorder1by scaling. •Thisoperationmayenhancetheefficiencyand reliabilityofthenumericaloptimizationprocess. 5253 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
5455 5657 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
58 58 0 Surrogate substitutions 59 Thefunction:y(x1,x2) 60 Thesensibilityofthefunction 61 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
STRATEGY#1:SENSITIVITY governanceofpriorities 62 Theboundingsofthefunction 63 STRATEGY#2:BOUNDING behaviorgovernance p (p) p (p) 64 Super Controllore ProblemaRisultato Solutore#1 Solutore#2 VotingSystem STRATEGY#3:REDUNDANCY 65 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
66 STRUCTURAL MODELING CODE GlobalFrameModelsLocalModels Frame Work Substruct- uredModels STRUCTURAL MODELING CODE GlobalFrameModelsLocalModels Frame Work Substruct- uredModels structuralconfigurations specificityofthemodeling commercial codes DesignofExperiments(DOE) •Ingeneralusage,designofexperiments(DOE)or experimentaldesignisthedesignofanyinformation- gatheringexerciseswherevariationispresent,whether underthefullcontroloftheexperimenterornot.However, instatistics,thesetermsareusuallyusedforcontrolled experiments. •Formalplannedexperimentationisoftenusedinevaluating physicalobjects,chemicalformulations,structures, components,andmaterials.Othertypesofstudy,andtheir design,arediscussedinthearticlesoncomputer experiments,opinionpollsandstatisticalsurveys(whichare typesofobservationalstudy),naturalexperimentsand quasi-experiments(forexample,quasi-experimental design).67 68 SamplingPoints(1) 69 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
SamplingPoints(2) 70 Simulation&Approximation oftheresponse(≈surrogate) 71 NotsobasicAspects ND–global-real 7273 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
74 74 75 75 76 76 77 77 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
7879 80 80 81 81 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
MultilevelOptimalDesign 82 Decomposition 83 MultilevelStructures 8485 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
8687 Heuristic 88 Heuristics •Aheuristictechnique(/hjᵿˈrɪstᵻk/;AncientGreek: εὑρίσκω,"find"or"discover"),oftencalledsimplya heuristic,isanyapproachtoproblemsolving, learning,ordiscoverythatemploysapractical methodnotguaranteedtobeoptimalorperfect, butsufficientfortheimmediategoals. •Wherefindinganoptimalsolutionisimpossibleor impractical,heuristicmethodscanbeusedto speeduptheprocessoffindingasatisfactory solution. •Heuristicscanbementalshortcutsthateasethe cognitiveloadofmakingadecision.89 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
εὑρίσκω •Heuristic(/hjʉˈrɪstɨk/;Greek: "Εὑρίσκω","find"or"discover")refers toexperience-basedtechniquesfor problemsolving,learning,and discoverythatgiveasolutionwhichis notguaranteedtobeoptimal.Where theexhaustivesearchisimpractical, heuristicmethodsareusedtospeedup theprocessoffindingasatisfactory solutionviamentalshortcutstoease thecognitiveloadofmakingadecision. Examplesofthismethodincludeusing aruleofthumb,aneducatedguess,an intuitivejudgment,stereotyping,or commonsense. •Inmorepreciseterms,heuristicsare strategiesusingreadilyaccessible, thoughlooselyapplicable,information tocontrolproblemsolvinginhuman beingsandmachines. •L'euristica(dallalinguagrecaεὑρίσκω, letteralmente"scopro"o"trovo")èuna partedell'epistemologiaedelmetodo scientifico. •Sidefinisceprocedimentoeuristico,un metododiapproccioallasoluzionedei problemichenonsegueunchiaro percorso,machesiaffidaall'intuitoe allostatotemporaneodelle circostanze,alfinedigenerarenuova conoscenza.Èoppostoal procedimentoalgoritmico.In particolare,l'euristicadiunateoria dovrebbeindicarelestradeele possibilitàdaapprofondirenel tentativodirendereunateoria progressiva. 90 BoundedRationality Boundedrationalityistheideathatindecision-making, rationalityofindividualsislimitedbytheinformationtheyhave, thecognitivelimitationsoftheirminds,andthefiniteamountof timetheyhavetomakeadecision. ItwasproposedbyH.A.Simonasanalternativebasisforthe mathematicalmodelingofdecisionmaking,asusedin economics,…;itcomplementsrationalityasoptimization,which viewsdecision-makingasafullyrationalprocessoffindingan optimalchoicegiventheinformationavailable. Anotherwaytolookatboundedrationalityisthat,because decision-makerslacktheabilityandresourcestoarriveatthe optimalsolution,theyinsteadapplytheirrationalityonlyafter havinggreatlysimplifiedthechoicesavailable.Thusthe decision-makerisasatisfier,oneseekingasatisfactorysolution ratherthantheoptimalone.91 ModelExtensions •ArielRubinsteinproposedtomodelboundedrationalityby explicitlyspecifyingdecision-makingprocedures.. •GerdGigerenzeropinesthatdecisiontheoristshavenot reallyadheredtoSimon'soriginalideasandproposesand showsthatsimpleheuristicsoftenleadtobetterdecisions thantheoreticallyoptimalprocedures. •HuwDixonlaterarguesthatitmaynotbenecessaryto analyzeindetailtheprocessofreasoningunderlying boundedrationality.Ifwebelievethatagentswillchoosean actionthatgetsthem"close"totheoptimum,thenwecan usethenotionofepsilon-optimization,thatmeansyou chooseyouractionssothatthepayoffiswithinepsilonof theoptimum.Thenotionofstrictrationalityisthena specialcase(ε=0).92 1 93 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
SimulatedAnnealing(Metropolis) •Simulatedannealing(SA)isagenericprobabilisticheuristicforthe globaloptimizationproblemoflocatingagoodapproximationto theglobaloptimumofagivenfunctioninalargesearchspace. •Thenameandinspirationcomefromannealinginmetallurgy,a techniqueinvolvingheatingandcontrolledcoolingofamaterial toincreasethesizeofitscrystalsandreducetheirdefects. •ThisnotionofslowcoolingisimplementedintheSimulated Annealingalgorithmasaslowdecreaseintheprobabilityof acceptingworsesolutionsasitexploresthesolutionspace. Acceptingworsesolutionsisafundamentalpropertyofheuristics becauseitallowsforamoreextensivesearchfortheoptimum. •ThemethodisanadaptationoftheMetropolis-Hastings algorithm,aMonteCarlomethodtogeneratesamplestatesofa thermodynamicsystem,inventedbyM.N.Rosenbluthand publishedinapaperbyN.Metropolisetal.in1953.9495 Basicversion(1) 96 Basicversion(2) 97 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
9899 100 PointsforSA •Diameterofthesearchgraph •Transitionprobabilities •Acceptanceprobabilities •Efficientcandidategeneration •Barrieravoidance •Coolingschedule 101 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
102 2 Nelder-MeadMethod(Amoeba) •TheNelder–Meadmethodordownhillsimplex methodoramoebamethodisacommonlyused nonlinearoptimizationtechnique,whichisawell- definednumericalmethodforproblemsforwhich derivativesmaynotbeknown. •TheNelder–Meadtechniqueisaheuristicsearch methodthatwasproposedbyJohnNelder&Roger Mead(1965)forminimizinganobjectivefunction inamany-dimensionalspace. 103 104105 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
106107 108 Remarks 109 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
;-) 110111 GeneticAlgorithm(GA) •TheoriginalmotivationfortheGAapproachwasabiological analogy.Intheselectivebreedingofplantsoranimals,for example,offspringaresoughtthathavecertaindesirable characteristics,characteristicsthataredeterminedatthe geneticlevelbythewaytheparents’chromosomes combine.InthecaseofGAs,apopulationofstringsisused, i.e.chromosomes. •Therecombinationofstringsiscarriedoutusinganalogies ofgeneticcrossoverandmutation,andthesearchisguided bytheresultsofevaluatingtheobjectivefunctionfforeach stringinthepopulation. •Basedonthisevaluation,stringsthathavehigherfitness (i.e.,representbettersolutions)canbeidentified,andthese aregivenmoreopportunitytobreed.112 Terminology 113 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
114115 Coding •OneofthedistinctivefeaturesoftheGAapproach istoallowtheseparationoftherepresentationof theproblemfromtheactualvariablesinwhichit wasoriginallyformulated. •Inlinewithbiologicalusageoftheterms,ithas becomecustomarytodistinguishthe‘genotype’— theencodedrepresentationofthevariables,from the‘phenotype’—thesetofvariablesthemselves. 116 Genotypespace={0,1}L (mappa) Phenotypespace (territorio) Encoding (representation) Decoding (inverserepresentation) 01101001 01001001 10010010 10010001 Translation 117 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Example 118119 Mating,Mutation,Selection 120 OneorTwo 121 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Usual&Notusual example 122 a 123 124 Precasthollowcoreslabs(HCS) 125 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
TensilecrackphenomenainHCS (splitting,bursting,spalling). •splittingcracks:causedbystressesresultingfromthe developmentofprestressingintheanchoragezone, thatmaygeneratetractionstressesintheconcrete. •burstingcracks:alocaleffect,generatedbythestrand slippageintotheslabendwhiletheformerwidens slightlyonbeingcut. •spallingcracks:occurringabovetheaxisofthestrands intheHCSendzone,causedalsobythedevelopment ofprestressingintheconcreteattheslabendswhere onlythelowerpartholdingthestrandsbeginstobe prestressed. 126 TensilecrackphenomenainHCS (splitting,bursting,spalling). splittingcracks burstingcracks spallingcracks 127 128 Cross-sectionofthereferenceHCS andnumericalmodel 129 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
TTensiledeformationsinthevertical ddirectionsforthespallingeffect 130 Thebinarycodingofthegeometry characteristicsofthesection 131 •ThefitnessfunctionFincludestermstorepresentthe weightoftheslab. •First,functionsgi(x),representsthegeometry constraints,implicitlysatisfiedduringthedefinition ofthevariablespace. •Functionshi(x)representthestructuralsafety constraints.Inthisstudy,twochecksarecarriedout: 1.thefirstoneonthebendingstress,carriedoutafterthe initialstructuralanalysesonthemeso-scalemodel. 2.thesecondone,onthespallingstress,carriedoutonthe micro-scalemodel. •Ifbothchecksarepositive,theindividualisfittingthe constrainconditions,otherwise,itisdiscardedanda differentelementisintroducedinthepopulation.132 Wholeelement Endzone 133 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
134 Originalvaluesvaluesobtained aftertheoptimizationprocess 135 b 136137 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
138139 140141 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
142143 LimitStates ServiceLimitStatesUltimateLimitStates 144 PrestressedContinuousBeam 145 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Elementsofnonlinearformulation 146147 EquilibriumEquations 148 Nominalbehavior 149 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Levelofuncertainty 150 Uncertainty 151 α-level 152 Random/OptimizedSampling 153 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
CujabaRiverBridge 154 CujabaRiverBridge 155 156157 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
158159 160161 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
UltimateLimitStates(ULS) 162 ULSLoadMultiplierλ 163 164165 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
166 MonteCarlo Random Sampling Genetically Driven Sampling 167 b 168 Usesofgeneticalgorithm •Toperformthestochasticexplorationoftheload space; •Tohandletheuncertaintiesrelatedtothedefinition oftheloads; •Toinvestigatetheglobalbehaviorofthestructure bymeansofthedefinitionoftheenvelopediagram oftheperformances; •Todefinetheworstloadcombination; •Toscrutinizetheexactvalueofaspecific performance. 169 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
170 Dissipationdevices Soilbehavior Material Soil-StructureinterfaceContact Supportsystem Pylon Cablesystem Geometrical Soil-Structure Response Vehicle-StructureWind-Structure Nonlinearities Interactions Action Uncertainties 171 172 Dependabilityattributesthreats, meansandtheirinteractions. 173 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Performanceinrelationtothe returnperiodsoftheactions. Geometryofthelong-span suspensionbridgeconsidered. 175 Thedesignvariablesand theperformancelevels 176 Ageneticalgorithmapproachfor performanceassessment •Theperformanceofalong-spansuspensionbridgeis investigatedbymeansofaGAapproach. •Focusisgiventothreeaspectsofthestructuralbehaviorof thebridge: 1)maximumverticaldisplacement; 2)maximumlongitudinalandtransversalslope; 3)maximumtensioninmaincableandinthetowerlegs. •Theloadscenariosthatleadtothemostsevere performancemetricsareexploredinthespaceoftheload variablesbyanoptimizationprocessbasedonGA’s. •TheimplementationofaGAbasedoptimizationisessential sincethetraditionaloptimizationtechniquesarerather ineffective,duetothehighnumberofdimensionsofthe loadvariablesspaceandthepresenceofnumerouslocal optimumpoints. 177 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Loadingsystemsconsideredinthe geneticalgorithmanalysis. 178 Remarksonloadingsystem •Trafficandtrainloadsaredirectedverticallybutthe possibilitytohavealongitudinalcomponentduetothe acceleration(A)orthedeceleration(D)isalsotakeninto account. •Inaddition,atorqueispresentifthetrafficloadsarenot positionedontheaxisoftherespectiveboxgirdersection. •Thewindaction,assumedalwayspresentandflowing transversallytothelongitudinalaxisofthebridge,produces lift,dragandtorque. •Inordertorepresentanalyticallytheentireloadingsystem, 16variablesareneeded. •Sinceeachofthegirdersisformedby123finiteelements, thepositionoftheloadswillbedefinedbyintegervariables, ranging,ingeneral,from0to123. 179 Variablesconsideredforthe definitionoftheloadingsystem. 180 Descriptionofloadingsystem 181 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Binarycoding •Thepositionvariablesareimplementedinbinary codewithadimensionofeightbits(theminimum dimensionabletorepresentthepositionofthe loadsonthebridgedeck): •Inthisrowvector,x1definesthepositionofthe trainonthebridgedeck,inbinarycode:for example,ifthetrainloadstartsfromthefifteenth elementonthedeck,thevariablex1is: 182 Population •TheGAstartsbyconsideringaninitialpopulationofNrow vectorxcreatedassigningrandomvaluestotheunknown variables;eachrowofthematrixXrepresentsthe chromosomeofonesolution: xXrepppppresentsthe 183 Targetfunctions •Inordertoevaluatetheperformanceofthebridge,the followingsixtargetfunctionsareconsidered: 1.theverticaldisplacement(negative)forthebridge deck; 2.thehorizontaldisplacement(positive)forthebridge deck; 3.thelongitudinalslopeforthebridgedeck; 4.thetransversalslopeforthebridgedeck; 5.theaxialtensionforthemaincables; 6.thestressstateinducedbytheaxialactionandthe twobendingmomentsforthebridgetowerlegs. •Eachperformanceismeasuredbythepeakvalueoverall nodesofthebridgedeck.184 Evolutionofpopulation •Foreachtargetfunction,thegeneticalgorithmcreates newpopulationsofNrowvectorxinordertofindthe worseconfigurationsoftheconsideredloads. •Thegeneticalgorithmworksbyevaluatingthetarget functionincorrespondencewitheachassumedvector x. •IfthepopulationcontainsaNnumberofxvectors,the bestN/2vectorsaresavedinanewpopulationwhile theothervectorsareerased. •Tocompletethenewpopulation,additionalN/2 vectorsareformedfromthesavedvectorsusingthe geneticoperatorofmutationandcrossover. 185 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Mutation •Themutationonthegenericvectoriofthe populationnchangesasinglebitofarandomly selectedchromosome;forexampleprovidesthe changefrom1to0: •Asaresultanewvectorkisobtainedforthe populationn+1. 186 Crossover •Thecrossoveronthegenericvectorsiandjofpopulationn isprovidedinthisexample: •whereagroupofcellsofchromosomesiandjisselected andtherespectivestateschanged. •Asaresulttherearetwonewvectorskandlforthe populationn+1. ovidedinthisexample: 187 Remarks •WhenN/2newvectorsarecreated,thegeneticalgorithm restartswiththeevaluationofthetargetfunctionforeach vectorxn+1. •Itshouldbeobservedthatageneticalgorithmisastochastic evolutionaryprocedurebecausetheoperatorsofmutation andcrossoverarenotdeterministicbutthereisa probabilityofoccurrenceforeachoperator. •Usuallytheprobabilityofoccurrenceofthemutation operatorislow(0–5%)whiletheprobabilityofoccurrence ofthecrossoveroperatorishigh(70–90%). •Whatmakesthisprocedureattractiveisthefactthatusually thereisalargeinterdependencebetweenthequalityof resultsandofthechoiceoftheseparameters. 188189 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
•TheFEmodelconsistsof1614elements(beams,no compressioncableelementsandgaps)and1140nodes. •Foreachofthesixpreviouslychosenperformancemetrics (targetfunctions),GAanalysisisperformedwithaninitial randomlychosenpopulationof100chromosomes.For eachchromosomethestructuralanalysis,accountingfor geometricalandmaterialnonlinearities,isdeveloped usingADINA,startingeachtimefromthereference configurationsunderpermanentloadsandaddingthe trafficandwindloads. •Thecustomsoftwarereadstheoutputevaluationand performsthegeneticrecombinationofthechromosomes togetanewgenerationofchromosomes:100cyclesof regenerationareconsideredforatotalof10000different loadscenarios,eachofthemleadingtoanonlinear structuralanalysis. •Theprobabilityofoccurrenceofthecrossoveroperatoris of80%whiletheprobabilityofoccurrenceofthe mutationoperatorisof2%. 190191 Remarks •Itisclearthattheconvergenceofthevariablesthat definethetrainposition(A)isbetterthantheone thatdefinesthepositionofthelighttrafficload(B). •Fromadesignpointofview,itmeansthatthe influenceoftherailwayloadindefiningthevertical displacementismuchhigherthanthetrafficload. •Inaddition,itcanbeobservedthattherailway loadsconvergetowardstwodifferentedges(North andSouth).Thisisduetothefactthatthe geometryofthebridgeisalmostsymmetrical. 192 Verticaldisplacementenvelope 193 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
Transversalslopeenvelope 194 Longitudinalslopeenvelope 195 196 Comparativeimportance oftheloads. 197 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
OptimalityCriteria 198199 200201 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
202203 204205 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
StrSSStrSt o rrtrt NooNN GER www.stronger2012.com 206 6-Livellidiottimizzazione. Ottimizzazionesul dimensionamento:sizing efullstresseddesign(FSO). FrancoBontempi ProfessoreOrdinariodiTecnicadelleCostruzioni FacoltàdiIngegneriaCivileeIndustriale SapienzaUniversitàdiRoma franco.bontempi@uniroma1.it 1 Problemastrutturale 2 MainCharacteristics •Micro-level: localsizeofthesections,i.e.thickness,area, inertia,…(DetailedGeometry) •Meso-level: formofthestructuralelementorstructuralpart (substructure),i.e.mainlongitudinalaxis, curvature,profile,…(GlobalGeometry) •Macro-level: connectionsofthedifferentstructuralparts(Load Path) 3 basi OTTIMIZZAZIONE - franco.bontempi@uniroma1.it
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