Volume optimization of end-clamped arches

• Francesco Trentadue ^[1] ; Alessandra Fiore ^[1] ; Rita Greco ^[1] ; Giuseppe C. Marano ^[2] ; Giancarlo De Marco ^[1] ; Laura Sardone ^[1] ; Nikos D. Lagaros ^[3]
  1. [1] Politecnico di Bari

     Politecnico di Bari

     Bari, Italia

     
  2. [2] Polytechnic University of Turin

     Polytechnic University of Turin

     Torino, Italia

     
  3. [3] National Technical University of Athens

     National Technical University of Athens

     Dimos Athens, Grecia

     

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• Localización: Hormigón y acero, ISSN-e 2605-1729, ISSN 0439-5689, Nº 292, 2020, págs. 71-76
• Idioma: varios idiomas
• Títulos paralelos:
  • Optimización de volumen para arcos empotrados
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• Resumen
  • español

    Aunque el arco surgió como sistema estructural hace más de dos mil años, esta tipología estructural todavía no está muy difundida y se adopta principalmente cuando hay que cubrir grandes luces. La eficiencia de los arcos depende principalmente de la explota-ción óptima del material, es decir, de la minimización de la excentricidad del estrés, que reduce el volumen y el peso del material estructural. Una estructura eficiente, en estos términos, implica andamios simples y ligeros, contribuyendo así a minimizar los costes de construcción.Aunque hay muchos conocimientos y literatura sobre arcos, todavía hay margen para la optimización del diseño. El presente estudio se enmarca en este contexto y se ocupa del análisis estructural de los arcos circulares planos empotrados bajo una carga vertical dis-tribuida uniformemente y un peso propio. En el primer paso, la solución analítica del comportamiento estático y cinemático de los arcos se estudia por el método de la fuerza. En el segundo paso, se optimiza la forma del arco, asumiendo el volumen del arco, y por lo tanto el peso, como función objetiva. Finalmente se calculan los mínimos de la función objetiva (es decir, los parámetros óptimos de la forma geométrica) para poder utilizarlos con fines prácticos.

  • Multiple

    Even if arch arised as structural system more than two thousand years ago, this structural typology is still not widely diffused and is mainly adopted when large spans have to be covered. The structural efficiency of arches primarily depends on optimal material exploita-tion, i.e. minimization of internal stress eccentricity that reduces structural material volume and weight. An efficient structure, under these terms, implies simple and light scaffolding, so contributing in minimizing construction costs.Although very abundant knowledge and literature on arches, there is still scope for design optimization. This study is framed within this context and deals with the structural analysis of end-clamped plane circular arches under uniformly distributed vertical load and self weight. In the first step, the analytical solution of arch static and kinematic behaviour is derived by the force method. In the second step, the arch shape is optimized, by assuming the arch volume, and thus the weight, as objective function. Finally minima of the objective function (i.e. optimal geometric shape parameters) are computed and charted in order to be used for practical purposes.