SUMT 법(法)을 이용(利用)한 철근(鐵筋)콘크리트 뼈대구조물(構造物)의 최적설계(最適設計)에 관한 연구(研究)

A Study on the Optimal Design of Reinforced Concrete Frames Using SUMT

본(本) 연구(硏究)는 한계상태(限界狀態) 설계(設計) 이론(理論)에 의한 철근(鐵筋)콘크리트 뼈대구조물(構造物)에 관(關)한 것이다. 한계상태이론(限界狀態理論)에 의한 철근(鐵筋)콘크리트 뼈대구조물(構造物)에 대한 최적설계(最適設計)의 문제형성(問題形成)은 철근(鐵筋)의 단면적(斷面積), 단면(斷面)의 폭(幅)과 유효고(有效高) 그리고 모멘트 감소율(減少率)을 설계변수(設計變數)로 취급(取扱)하는 비선형(非線型) 계획(計劃) 문제(問題)로 된다. 목적함수(目的凾數)는 철근(鐵筋)콘크리트 뼈대구조물(構造物)의 철근(鐵筋)과 콘크리트 및 거푸집의 비용(費用)을 고려(考慮)하는 총(總) 건설경비(建設經費)로 형성(形成)되고, 기본(基本) 제약조건식(制約條件式)들은 극한(極限) 한계상태(限界狀態)와 사용성(使用性) 한계상태(限界狀態)의 개념(槪念)을 내포하고 있다. 또한 CP110과 Hognestad et al. 이론(理論)에서 가정(假定)된 응력분포도(應力分布圖)를 극한(極限) 한계상태(限界狀態)를 위해 극한(極限) 저항단면력(抵抗斷面力)을 해석(解析)하는데 적용(適用)되었고, 사용성(使用性) 한계상태(限界狀態)를 위해서는 CP110의 규준(規準)만을 사용(使用)한다. 철근(鐵筋)콘크리트 뼈대구조물(構造物)의 최적화(最適化)를 위한 비선형(非線型) 계획(計劃) 문제(問題)를 풀기 위해서 적용(適用)된 최적화(最適化) 기법(技法)은 수정(修正) Newton-Raphson 법(法)을 이용한 SUMT 알고리즘이다. 본(本) 알고리즘을 2종(種)의 뼈대구조물(構造物)에 시행(試行)해 보았고, 본(本) 알고리즘의 수감성(收歛性), 적용가능성(適用可能性) 및 안정성(安定性)을 검토(檢討)하기 위해 문헌(文獻)(10)의 수치결과(數値結果)와도 비교분석(比較分析)하였다. 결론적(結論的)으로 수치분석(數値分析)을 통(通)하여 CP110과 Hognestad et al.의 경제성(經濟性) 비교(比較)와 본(本) 알고리즘의 적용가능성(適用可能性), 안정성(安定性), 수감성(收歛性) 및 확실성(確實性) 등에 대하여 논의(論議)되었다.

This study is conserned with the optimization of reinforced concrete frames using limit state design theory. Formulations of the optimal design for reinforced concrete frame based on the limit state theory turn out to be the nonlinear programming problems which have to deal with the required steel area, the width and effective height of the beam and column section and the moment reduction factor as the design variables. The objective function is formulated as the total construction cost which considers the costs of steel, concrete and forming for the reinforced concrete frames, and the basic constraints are imposed upon both ultimate and serviciability limit state concepts. Also, the stress blocks assumpted in CP110 and Hognestad et al. theory are applied to analysis an ultimate resistant section force for the ultimate limit state and only the criteria of CP110 are used for serviciability limit state. The optimized technique which is applied to solve the nonlinear programming problems for the optimization of reinforced concrete frames is SUMT utilizing the modified Newton-Raphson method. This algorithm is used to test for the two reinforced concrete frames, and then is compared and analysized with the numerical results of reference(10) to examine its convergence, applicability and stability under the same conditions. The results of this study are discussed about the economy comparision of the optimal values for CP110 and Hognestad et al., and the applicability, stability, convergence and validity of this algorithm used herein through the numerical analyses.