TY - THES A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Theory and application of optimization strategies for the design of seismically excited structures N2 - The study introduces into the theory and application of optimization strategies in earthquake engineering. The optimization algorithm substitutes the intuitive solution of practical problems done by the engineer in daily practice, providing automatic design tools and numerical means for further exploration of the design space for various extremum states. This requires a mathematical formulation of the design task, that is provided for typical seismic evaluations within this document. Utilizing the natural relation between design and optimization tasks, appropriate mechanical concepts are developed and discussed. The explanations start with an overview on the mechanical background for continua. Hereby the focus is placed on elasto-plastic structures. The given extremum formulations are treated with help of discretization methods in order to obtain optimization problems. These basics are utilized for derivation of programs for eigenvalue and stability analysis, that are applied in simplified linear analysis for the design of seismically excited structures. Another focus is set on the application in simplified nonlinear design, that uses limit state analyses on the basis of nonlinear problem formulations. Well known concepts as the response and pushover analysis are covered as well as alternative strategies on the basis of shakedown theory or cycle and deformation based evaluations. Furthermore, the study gives insight into the application of optimization problems in conjunction with nonlinear time history analyses. The solution of step-by-step procedures within optimization algorithms is shown and aspects of dynamic limit state analyses are discussed. For illustration of the great variety of optimization-based concepts in earthquake engineering, several specialized applications are presented, e.g. the generation of artificial ground motions and the determination of reduction coefficients for design spectrum reduction due to viscous and hysteretic damping. As well alternative strategies for the design of base isolated structures with controlled impact are presented. All presented applications are illustrated with help of various examples. N2 - Die vorliegende Arbeit führt in die Theorie und Anwendung von Optimiierungsverfahren im Erdbebeningenieurwesen ein. Die vorgestellten Optimierungsalgorithmen ersetzen die typische intuitive Lösung von praktischen Bemessungsaufgaben, mit Bereitstellung von automatischen Methoden und numerischen Mitteln für die Bewertung des Designraumes bezüglich extremer Zustände. Dies erfordert eine geeignete mathematische Formulierung der Bemessungsaufgaben, die für typische Anwendungsfälle bereitgestellt werden. Ausgehend von der engen Beziehung von Bemessungs- und Optimierungsaufgaben werden wesentliche theoretische Grundlagen für die Ableitung praxistauglicher Analysekonzepte entwickelt und diskutiert. Die Darstellung beginnt mit einem Überblick zum mechanischen Hintergrund. Der Schwerpunkt wird dabei auf die Analyse von elastisch-plastischen Tragwerken gelegt. Die vorgestellten Extremalformulierungen werden mit Methoden der Diskretisierung in Optimierungsprobleme umgeformt. Diese bilden die Grundlage für die Analyse von Eigenwert- und Stabilitätsproblemen im Erdbebeningenierwesen. Weiterhin werden vereinfachte lineare Bemessungsmethoden besprochen. Eine Erweiterung wird duch die Einbeziehung von nichlinearen Aspekten erzielt, die einen wesentlichen Teil der Arbeit ausmachen. Einerseits werden bekannte Konzepte auf der Basis von Antwortspektren und Pushoveranalysen einbezogen, andererseits werden auch alternative Strategien auf der Basis der Einspieltheorie oder zyklen- oder deformationsbasierten Analyse vorgestellt. Desweiteren werden Anwendungen von Optimierungsverfahren im Zusammenhang mit nichtlinearen Zeitverlaufsmethoden diskutiert. Die Lösung von Zeitverlaufsproblemen in Form von Optimierungsaufgaben wird vorgestellt und Aspekte der Grenzzustandsanalyse für dynamische Probleme behandelt. Die Vielfältigkeit von Optimierungsanwendungen im Erdbebeningenieurwesen wird anhand verschiedener Spezialanwendungen demonstriert wie z.B. die Generierung von künstlichen Erdbebenzeitverläufen und die Modifikation von Bemessungsspektren für die Analyse von nichtlinear beanspruchten Tragwerken mit viskoser und hysteretischer Dämpfung. Darüberhinaus wird eine alternative Methode für die Bemessung von basisisolierten Tragwerken unter Verwendung von kontrollierten Kollisionen vorgestellt. Alle Anwendungen werden in zahlreichen Beispielen näher erläutert. T2 - Theorie und Anwendung von Optimierungsstrategien für die Bemessung von seismisch beanspruchten Tragwerken T3 - Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau - 19 KW - Dynamik KW - Erdbeben KW - Bemessung KW - Optimierung KW - Dynamics KW - Earthquake KW - Design KW - Optimization Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20091030-14917 ER - TY - CHAP A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Limit state design of hybrid structures with meshless methods using mathematical optimization N2 - The revitalization of existing structures belongs to the frequently tasks in urban reconstruction processes. The adaptation for new requirements will commonly affect substantial changes in the general configuration of structures. The resulting revitalized structures are characterized by a hybrid design, where old and new, identical or diverse materials and members will be coupled in different ways. In the planning stage the treatment of these systems leads to application of complex and hybrid mechanical models respectively. High performance numerical instruments have to be applied for solving not only analysis but also targeted design problems. Because of the hybrid character of mechanical models in revitalization planning processes the use of hybrid technologies is advantageous. In this paper mixed domain technique will be used for connecting EFG and FE. The models derived will be adopted for design purposes of non-linear loaded hybrid structures. The investigations show a good adaptability of the meshless methods to the design of hybrid structures by using optimization strategies. With this method the advantages of both finite element and meshless methods can be utilized most suitable. With the property of a minimum amount of unknowns by maintaining an adequate quality of the results the application of mixed finite element and meshless methods is a promising alternative to traditional methods in structural analysis and optimization. KW - Gebäude KW - Rekonstruktion KW - Baustatik KW - Nichtlinearität KW - Optimierung KW - Modellierung Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-67 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Analysis and Design of Hybrid Structures using Optimization Strategies N2 - The paper gives a general overview and concerns with a specified set of computer-aided analysis modules for hybrid structures loaded by extreme excitations. All problems are solved by methods of linear, quadratic or nonlinear mathematical optimization, that leads to very effective and economic design solutions. All approaches are derived from general optimization problem that can be easily altered to conform to specific design tasks. Some advantages and possibilities of hybrid structural modeling (single or mixed model-supported) are discussed. The methods will be illustrated by an example structure and optimization schemes. KW - Konzipieren KW - Bauwerk KW - Optimierung Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-1023 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Marx, Steffen A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Beitrag zur Anwendung der nichtlinearen Optimierung bei der geometrisch und physikalisch nichtlinearen Tragwerksanalyse N2 - Bei der Tragwerksplanung sowohl für Massivkonstruktionen als auch für Stahlkonstruktionen werden zukünftig nichtlineare Berechnungsverfahren in größerem Umfang Anwendung finden, als das in der Vergangenheit üblich bzw. möglich war. Wichtige Impulse gehen dabei von der europäischen Normung aus. Bei der Anwendung von Berechnungsverfahren, die die Nichtlinearität des Materialverhaltens berücksichtigen und bei der Ermittlung der Tragsicherheit planmäßig ausnutzen, ist es notwendig, die Entwicklung plastischer Deformationen zu verfolgen und bei der Beurteilung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit als Kriterium mit heranzuziehen. Im vorliegenden Beitrag werden mathematische Modelle für folgende Berechnungsaufgaben vorgestellt: Ermittlung der Schnittgrößen und Formänderungen in ebenen Stabtragwerken nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung der physikalischen Nichtlinearität und Ermittlung von Grenzlasten, die durch Spannungs- und Verformungskriterien definiert sind. Dabei zeigt sich, daß mathematische Modelle auf der Grundlage von Extremalprinzipien und unter Einbeziehung der mathematischen Optimierung effektiv und hinreichend universell formuliert werden können. Wie Beispielrechnungen zeigen, ist die Beurteilung der Tragfähigkeit unter Berücksichtigung von Deformationsbegrenzungen von entscheidender Bedeutung, um Fehleinschätzungen der Tragsicherheit zu vermeiden. KW - Tragwerk KW - Nichtlineares Phänomen KW - Optimierung Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-4438 ER -