Optimi Design for R.C. Beam with Discrete Variables

이산형 설계변수를 갖는 철그콘크리트보의 최적설계

The objective of this paper is to look into the possibility of the detailed and practical optimum design of rt:inforced concrete beam using methods oi discrete mathematical programming. In this discrete optimum formulation, the design variables are the overall depth, width and effective depth of members, and area of longitudinal reinforcement. In addition, the details such as the amount of web reinforcement and cutoff points of longitudinal reinforcement are also considered as variables. Total cost has been used as the objective function. The constraints include the code requirments such as flexural strength, shear strength, ductility, serviceability, concrete cover. spacing, web reinforcement, and development length and cutoff points of longitudinal renforcement. An optimization algorithm is presented for effective optimum design of R.C. beam with discrete de sign variables. First, the continuous variable optimization can be achieved by Feasible Direction Method. Using the results obtained from the continuous variable optimization, a branch and bound method is used to obtained the discrete design values. The proposed algorithm is applied to test problem for reliability, and the results are compared with those of graphical method and rounded-up method. And a simply supported R.C. beam and a two-span continuous R.C. beam are presented as numerical examples for effectiveness and applicability. It is considered that the presented algorithm can be effectively applied to the discrete optimum design of R.C. beams.

본 논문의 목적은 R.C.보 최적설계에 이산수학계획법을 적용하여 상세설계를 포함하는 실제설계의 가능성을 연구하기 위한 것이다. 이산최적문제에서 설계변수로는 단면의 총높이, 폭, 유효높이 및 길이방향철근의 단면적 그리고 전단철근의 단면적과 길이 방향철근의 절단점과 같은 상세변수 등이 고려되었다. 목적함수는 경비함수로 취했으며, 제약조건으로는 강도설계법에 의한 설계휨강도, 전단강도, 연성, 사용성, 콘크리트 덮개 및 철근간격, 복부보강 그리고 정착길이와 길이방향철근의 절단점 등에 관한 시방서 요구사항을 고려하여 문제를 형성하였다. 이산변수를 갖는 최적설계를 효율적으로 실행하기 위해 첫째단계에서 Feasible Direction Methed를 이용하여 연속최적해를 구했으며, 둘째단계에서 분기한계법(Branch and bound method)을 이용하여 이산최적해를 얻는 최적화 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘의 신뢰도를 검증하기 위해 2개의 이산설계변수를 갖는 수치예에 적용하여 도해법 및 rounde-up method와 그 결과를 비교하였고, 단순지지된 R.C.보 및 2경간연속 R.C.보에 적용하여 제안된 알고리즘의 신뢰도, 효율성 및 적용성을 입증하였다.