Optimization of Concrete Beam Bridges : Development of Software for Design Automation and Cost Optimization

Recent advances in the field of computational intelligence have led to a numberof promising optimization algorithms. These algorithms have the potential to findoptimal or near-optimal solutions to complex problems within a reasonable timeframe. Structural optimization is a research field where such algorithms are appliedto optimally design structures. Although a significant amount of research has been published in the field ofstructural optimization since the 1960s, little of the research effort has been utilizedin structural design practice. One reason for this is that only a small portion ofthe research targets real-world applications. Therefore there is a need to conductresearch on cost optimization of realistic structures, particularly large structureswhere significant cost savings may be possible. To address this need, a software application for cost optimization of beam bridgeswas developed. The software application was limited to road bridges in concretethat are straight and has a constant width of the bridge deck. Several simplificationswere also made to limit the scope of the thesis. For instance, a rough design ofthe substructure was implemented, and the design of some structural parts wereneglected. This thesis introduces the subject of cost optimization, treats fundamentaloptimization theory, explains how the software application works, and presents acase study that was carried out to evaluate the application. The result of the case study suggests a potential for significant cost savings. Yet,the speeding up of the design process is perhaps the major benefit that should inclinedesigners to favor optimization. These findings mean that current optimizationalgorithms are robust enough to decrease the cost of beam bridges compared to aconventional design. However, the software application needs several improvementsbefore it can be used in a real design situation, which is a topic for future research.Nya framsteg inom forskningen har lett till ett antal lovande optimeringsalgoritmer.Dessa algoritmer har potentialen att hitta optimala eller nästan optimala lösningartill komplexa problem inom rimlig tid. Strukturoptimering är ett forskningsområdedär dessa algoritmer tillämpas för att dimensionera konstruktioner på ett optimaltsätt. Även om en betydande mängd forskning har publicerats inom området strukturoptimeringsedan 1960-talet, så har endast lite av forskningsinsatserna kommit tillanvändning i praktiken. Ett skäl till detta är att endast en liten del av forskningenär inriktad mot verklighetsförankrade tillämpningar. Därför finns det ett behov avatt bedriva forskning på kostnadsoptimering av realistiska konstruktioner, särskiltstora konstruktioner där betydande kostnadsbesparingar kan vara möjligt. För att möta detta behov har ett datorprogram för kostnadsoptimering avbalkbroar utvecklats. Programmet begränsades till vägbroar i betong som är rakaoch har en konstant bredd. Flera förenklingar gjordes också för att begränsaomfattningen av arbetet. Till exempel implementerades en grov dimensionering avunderbyggnaden, och dimensioneringen av vissa komponenter försummades helt ochhållet. Detta examensarbete presenterar ämnet kostnadsoptimering, behandlar grundläggandeoptimeringsteori, förklarar hur programmet fungerar, och presenterar enfallstudie som genomfördes för att utvärdera programmet. Resultatet av fallstudien visar en potential för betydande kostnadsbesparingar.Trots det så är tidsbesparingarna i dimensioneringsprocessen kanske den störstafördelen som borde locka konstruktörer att använda optimering. Dessa upptäckterinnebär att aktuella optimeringsalgoritmer är tillräckligt robusta för att minskakostnaden för balkbroar jämfört med en konventionell dimensionering. Dock måsteprogrammet förbättras på flera punkter innan det kan användas i en verklig dimensioneringssituation,vilket är ett ämne för framtida forskning