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 - Hahn, Stephan A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Nichtlineare Analyse von hybriden Konstruktionen unter Verwendung von selektiv gekoppelten Tragwerks- und Querschnittsmodellen N2 - Bei der Untersuchung hybrider Strukturen kann eine Kopplung von Modellen unterschiedlicher Modellebenen vorteilhaft sein. Durch selektive Kopplung von Tragwerks- und Querschnittsmodellen in ausgewählten Bereichen der Konstruktion kann z.B. eine Verbesserung der Abbildungsgenauigkeit erzielt werden. Dadurch werden erweiterte Aussagen über das Querschnittstragverhalten in extrem beanspruchten Teilen des Tragwerks bei optionaler Skalierbarkeit des Modellumfangs möglich. Im Beitrag werden ausgewählte Varianten der Modellbildung gegenübergestellt und bewertet. Hierbei werden Aspekte der physikalischen Nichtlinearität von hybriden Konstruktionen insbesondere von Stahlbetonkonstruktionen berücksichtigt. Die Einbeziehung von Verfahren der mathematischen Optimierung in die Berechnungsstrategie ermöglicht die Lösung der zugrunde liegenden nichtlinearen Problemstellungen unter Vorgabe von Bemessungszielen und unter Beachtung von Grenzzustandsbedingungen. KW - Tragwerk KW - Stahlbeton KW - Modellierung KW - Bewertungssystem Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-3026 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 - THES A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Bemessungskonzept für Stahlbetontragwerke auf der Grundlage deformationsbasierter Grenzzustandsbetrachtungen T1 - Design Concept For Reinforced Concrete Structures Using Deformation Based Limit State Analysis N2 - Das Ziel der Arbeit besteht in der Entwicklung eines Bemessungskonzeptes auf der Basis nichtlinearer Schnittgrößen für statisch und dynamisch beanspruchte Stahlbetontragwer-ke. Das Konzept geht dabei von einheitlichen Kriterien zur Analyse der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit auf der Grundlage deformationsbasierter Grenzzustandsbetrach-tungen aus. Der deformationsbasierte Grenzzustand ist dadurch charakterisiert, daß ne-ben der statischen und kinematischen Zulässigkeit eines Tragwerkszustandes auch die Einhaltung von definierten Verzerrungs- bzw. Verformungsgrenzwerten gewährleistet ist. Aus Betrachtungen im Kontinuum werden diskrete Modelle zur Lösung von physikalisch und geometrisch nichtlinearen Grenzwiderstandsaufgaben mit und ohne Berücksichtigung von Lastfolgeeffekten abgeleitet. Die numerische Untersetzung basiert auf Methoden der nichtlinearen Optimierung. Auf der Grundlage dieser Berechnungsmodelle wird eine Be-messungskonzeption entwickelt. N2 - The objective is the development of a design strategy for statically or dynamically excited reinforced concrete structures based on nonlinear distributions of internal forces. The concept starts from an uniform criterion to describe the bearing capacity and serviceability on the bases of deformation based limit states. This limit state is characterized on the one hand by fulfilling the classical demands of ensuring the static and kinematic admissibility and on the other hand by considering predefined limits of deformations. Beginning from modelling under continious conditions discrete modells are derived for solving physical and geometrical nonlinear limit resistance problems with or without the option to consider effects caused by load sequencies. For solving these problems methods of nonlinear pro-gramming are used. On the basis of these calculation models a strategy for the design is developed. KW - Stahlbetonbauteil KW - Bemessung KW - Grenzzustand KW - Deformation KW - Stahlbeton KW - Nichtlineare Optimierung KW - Grenzzustandsanalyse KW - Statik KW - Dynamik KW - Reinforced Concrete KW - Nonlinear Programming KW - Limit Atate Analysis KW - Design KW - Statics Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040216-334 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Konzepte zur numerischen Lösung von Grenzwiderstandsaufgaben unter Berücksichtigung des adaptiven Tragverhaltens von Stahlbetonkonstruktionen N2 - Berechnungsmethoden mit Berücksichtigung des physikalisch nichtlinearen Verhaltens von Stahlbetonkonstruktionen werden mit Einführung der europäischen und nationalen Normung verstärkten Einsatz in der Tragwerksplanung finden. Hierbei sind im Gegensatz zu linearen Berechnungen zeitliche Aspekte der Tragwerksbeanspruchung zu berücksichtigen. Ein Lösungsansatz zur Beherrschung von Lastfolgeeffekten kann auf der Grundlage der Theorie des adaptiven Tragwerkes abgeleitet werden. Unter Verwendung von Algorithmen der mathematischen Optimierung lassen sich derartige Probleme numerisch lösen. Von besonderem Interesse sind dabei spezielle Formulierungen zur Bestimmung von Grenzwiderständen, die zur Bemessung von Stahlbetontragwerken herangezogen werden können. Im Beitrag werden zwei Konzepte zur numerischen Bestimmung von adaptiven Grenzwiderständen auf der Basis der nichtlinearen Optimierung vorgestellt, diese sind: - Konzept des superponierten Restzustandes - Konzept der gekoppelten plastischen Antwort. Es wird von einem elastisch- plastischen Verhalten der untersuchten Struktur ausgegangen. KW - Tragwerk KW - Stahlbeton KW - Nichtlineare Mechanik KW - Grenzzustand KW - Numerisches Verfahren Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6164 ER - TY - CHAP A1 - Weitzmann, Rüdiger ED - Gürlebeck, Klaus ED - Könke, Carsten T1 - SIMPLIFIED CYCLE-BASED DESIGN OF EXTREMELY LOADED STRUCTURES N2 - The design of safety-critical structures, exposed to cyclic excitations demands for non-degrading or limited-degrading behavior during extreme events. Among others, the structural behavior is mainly determined by the amount of plastic cycles, completed during the excitation. Existing simplified methods often ignore this dependency, or assume/request sufficient cyclic capacity. The paper introduces a new performance based design method that considers explicitly a predefined number of re-plastifications. Hereby approaches from the shakedown theory and signal processing methods are utilized. The paper introduces the theoretical background, explains the steps of the design procedure and demonstrates the applicability with help of an example. This project was supported by German Science Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG) KW - Architektur KW - CAD KW - Computerunterstütztes Verfahren Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170327-30338 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2006/index.php_lang=de&what=papers.html 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 - 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 -