Abstract
This study is concerned with the optimal design of two hinged steel arches with I cross sectional type and aimed at the exact analysis of the arches and the safe and economic design of structure. The analyzing method of arches which introduces the finite difference method considering the displacements of structure in analyzing process is used to eliminate the error of analysis and to determine the sectional force of structure. The optimizing problems of arches formulate with the objective functions and the constraints which take the sectional dimensions(B, D, $t_f$, $t_w$) as the design variables. The object functions are formulated as the total weight of arch and the constraints are derived by using the criteria with respect to the working stress, the minimum dimension of flange and web based on the part of steel bridge in the Korea standard code of road bridge and including the economic depth constraint of the I sectional type, the upper limit dimension of the depth of web and the lower limit dimension of the breadth of flange. The SUMT method using the modified Newton Raphson direction method is introduced to solve the formulated nonlinear programming problems which developed in this study and tested out throught the numerical examples. The developed optimal design programming of arch is tested out and examined throught the numerical examples for the various arches. And their results are compared and analyzed to examine the possibility of optimization, the applicablity, the convergency of this algorithm and with the results of numerical examples using the reference(30). The correlative equations between the optimal sectional areas and inertia moments are introduced from the various numerical optimal design results in this study.
본(本) 연구(硏究)는 2골절(滑節) 강재(鋼材) 아치의 최적설계(最適設計)에 관(關)한 것으로 아치구조(構造)의 정확(正確)한 해석(解析)과 구조(構造)를 안전(安全)하며 경제적(經濟的)으로 설계(設計)하는 데 목적(目的)을 둔다. 구조해석(構造解析) 방법(方法)은 해석과정(解析過程)에서 구조물(構造物)의 처짐울 고려(考慮)하는 유한차분법(有限差分法)을 도입(導入)하므로 해석오차(解析誤差)를 소거(消去)하여 구조물(構造物)의 단면력(斷面力)을 결정(決定)할 수 있는 방법(方法)을 사용(使用)한다. 최적화문제(最適化問題)는 설계변수(設計變數)를 단면(斷面)의 칫수들(B, D, $t_f$, $t_w$)로 하는 목적함수(目的函數)와 제약건식(制約件式)으로 형성(形成)한다. 목적함수(目的函數)는 아치구조(構造)의 총(總) 중량(重量)으로하고 제약조건(制約條件)은 한국(韓國) 도로교(道路橋) 표준시방서(標準示方書)에 규정(規定)된 허용응력(許容應力), 플랜지와 복부(腹部)의 최소칫수에 관한 규준(規準)을 사용(使用)하고 I형(形) 단면(斷面)의 경제적(經濟的) 높이 조건(條件)과 복부(腹部)의 상한계(上限界) 칫수와 플랜지 폭(幅)의 하한계(下限界) 칫수를 포함(包含)하여 유도(誘導)된다. 본(本) 연구(硏究)에서 개발(開發)된 비선형계획문제(非線型計劃問題)를 풀기 위해 수정(修正) Newton Raphson 탐사법(探査法)을 사용(便用)하는 SUMT 기법(技法)을 도입(導入)하여 수치예(數値例) 통(通)하여 시험(試驗) 본다. 본(本) 연구(硏究)에서 개발(開發)된 아치구조(構造)의 최적화(最適化) 프로그램은 여러 아치구조(構造) 수치예(數値例)를 통하여 시행(試行)하고 고찰(考察)한다. 이러한 수치결과(數値結果)를 통(通)하여 본 알고려즘의 최적화(最適化) 가능성(可能性), 적용(適用) 가능성(可能性) 및 수검성(收檢性)과 타(他) 문현(文獻)(30)을 사용(使用)한 수치결과(數値結果)와도 비교분석(比較分析)한다. 본(本) 연구(硏究)의 최적단면적(最適斷面績)과 2차(次)모멘트의 상관관계식(相關關係式)은 많은 수치적(數値的) 최적설계(最適設計) 결과(結果)로부터 도출(導出)한다.