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Optimierungsgestütztes Entwerfen und Bemessen liefert neuartige Methoden, bewehrten Beton besonders effizient einzusetzen. Dabei wird die mathematische Optimierung auf die praktischen Probleme des Betonbaus angewendet. Ziel ist es, sparsam mit dem weltweit meistverwandten Baustoff Stahlbeton umzugehen und damit den CO2-Ausstoß aus der Zement- und Stahlherstellung und den Ressourcenverbrauch an Kies, Sand und Wasser substanziell zu reduzieren.Drei Themenbereiche sind angesprochen. Erstens, die Strukturfindung, also die Frage nach der richtigen äußeren Form, dass schlanke, nach dem Kraftfluss ausgerichtete Tragwerke entstehen. Baustoffgerecht sind sie weitgehend auf Druck beansprucht. Zweitens, die Bewehrungsführung, die sich am inneren Kraftfluss orientiert. Vorteile ergeben sich gerade für Scheiben, volumenartige Bauteile, an Lasteinleitungsbereichen und Aussparungen. Es entstehen anschauliche, direkt in Bewehrungen umsetzbare Fachwerkmodelle. Dritter Entwicklungsschritt ist die Behandlung von Querschnitten. Sie werden in ihrer Form optimiert und in ihrer Bewehrung bemessen. Dies gilt auch für anspruchsvolle Beanspruchungen (zweiachsige Biegung) und nahezu beliebige Formen. Eine Parametrisierung ermöglicht die allgemeingültige Übertragung auf ganze Klassen von Querschnitten.Die optimierungsgestützten Methoden werden vertieft und anschaulich beschrieben. Sie sind universell anwendbar und unabhängig von Normen, Betonarten und Bewehrungen. Sie gelten für normalfeste bis zu ultrahochfesten Betonen, für Bewehrungen aus Stahl, Carbon oder Glasfasern und für Bewehrungsstäbe als auch -fasern. Zahlreiche Abbildungen und Berechnungsbeispiele verdeutlichen die Anwendung. Zudem werden praktische Umsetzungen vorgestellt, darunter ultra-leichte Stahl-Beton-Balken, schlanke Solarkollektoren aus Beton und verbesserte Bewehrungslayouts für Tunnelschalen. Das Buch richtet sich gleichermaßen an Studierende, Forscher und Praktiker.

Optimization Aided Design: Reinforced Concrete

Foreword by Manfred CurbachForeword by Werner SobekPrefaceAcknowledgmentsAcronyms1 INTRODUCTION2 FUNDAMENTALS OF REINFORCED CONCRETE DESIGN2.1 Basic Principles2.2. Verification Concept2.3 Safety Concept2.4 Materials2.5 Load-bearing Behavior3 FUNDAMENTALS OF STRUCTURAL OPTIMIZATION3.1 Structural Optimization Approaches3.2 Problem Statement3.3 Lagrange Function3.4 Sensitivity Analysis3.5 Solution Methods4 IDENTIFICATION OF STRUCTURES4.1 One-material Structures4.2 One-material Stress-biased Structures4.3 Bi-material Structures4.4 Examples4.5 Applications5 INTERNAL FORCE FLOW5.1 Preliminaries5.2 Continuum Topology Optimization (CTO) Approach5.3 Truss Topology Optimization (TTO) Approach5.4 Continuum-Truss Topology Optimization (CTTO) Approach5.5 Examples5.6 Applications6 DESIGN OF CROSS-SECTIONS6.1 Problem Statement6.2 Equilibrium Iteration6.3 Sectional Optimization6.4 Solving6.5 Parameterization6.6 ExamplesBIBLIOGRAPHYLIST OF EXAMPLESVariation of volume fractionVariation of the filter radiusVariation of material parametersForm finding of bridge pylons 1Form finding of bridge pylons 2Conceptual bridge design 1Conceptual bridge design 2Multi-span girderMultiple load casesTwo load casesMaterial steeringMaterial variation in bi-material designFilter radius with bi-material designBi-material multi-span girderBi-material girder with stepped supportBi-material arch bridgeDeep beam 1Wall with block-outsCorbelCantilever beamShear transfer at jointsDeep beam 2Frame cornerWall with eccentric block-outCorbel with horizontal forceStiening core with openingsDeep beam 3Deep beam 4Deep beam 5Strain plane of an unsymmetric RC sectionFooting with gapping jointParameterized T-sectionParameterized uniaxial bendingShape design of a RC I-sectionShape optimization of a footing