Application of Matlab software in static calculations of bridge structures

• Autorzy: Hawryszków Paweł , Czaplewski Bronisław

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.140169

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie programu Matlab w obliczeniach statycznych konstrukcji mostowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mathematical package Matlab is a very convenient programming language, used for calculations in the field of linear algebra for scientists and engineers. Its main advantage for civil engineers is the simplicity of the language and the wide range of application in the field of linear statics. This mathematical platform was used for programming of static calculations of multi-span, continuous, beam bridge structures. In the formulated theoretical approach, the internal forces were calculated using the method of forces. Knowing the influence matrix and load values in the unit states, the envelope of internal forces can be determined. The first step is entering the vector of loads and the second is calculating an envelope using special function. Obtaining the results from individual loads in a variety of operating conditions, it is possible to calculate the global envelope of internal forces and proceed with modifications of the model. The theoretical approach was computationally tested on the example of an alternative design concept of the MA-46 bridge along the A4 motorway. One of the biggest advantages of the discussed computational approach is the wide access to the results of intermediate calculations. Another benefits of working with mathematical packages are improving insight in the field of static calculations and getting used to working with code like in some programs for structural analysis (e.g. SOFiSTiK). The discussed computational approach is a good way to pre-design due to the little time required to compare several variants of solution, so it can be helpful in optimizing the structure.

PL

Pakiet Matlab jest środowiskiem programistycznym służącym do obliczeń w zakresie algebry liniowej, pomocnym zarówno dla naukowców, jak i dla inżynierów. Znajduje on zastosowanie zarówno przy obliczeniach prostych, jak i bardzo złożonych. Jego główna zaleta z perspektywy inżyniera budowlanego jest prostota języka, niewymagająca dużych umiejętności programistycznych i możliwość szerokiego zastosowania w obliczeniach z zakresu statyki liniowej. Platforma matematyczna została użyta do oprogramowania obliczeń statycznych wieloprzęsłowych, ciągłych, belkowych konstrukcji mostowych. W sformułowanym podejściu teoretycznym wykorzystano metodę sił do wyznaczania wykresów sił wewnętrznych w stanach jednostkowych, które to uporządkowane tworzą macierz wpływu. Mając macierz wpływu, wprowadzano wektor obciążeń, a następnie wyznaczano obwiednie sił przekrojowych przy użyciu specjalnej funkcji. Znając wyniki od poszczególnych obciążeń, możliwe jest wyznaczenie globalnej obwiedni sił wewnętrznych i przystąpienie do ewentualnych modyfikacji modelu. Podejście teoretyczne zostało przetestowane obliczeniowo na przykładzie alternatywnej koncepcji projektowej mostu MA-46 w ciągu autostrady A4. Jedną z większych zalet omówionego podejścia analitycznego jest szeroki dostęp do wyników obliczeń posrednich oraz praca z kodem zbliżonym do niektórych programów obliczeniowych (np. SOFiSTiK). Omówione podejście obliczeniowe jest dobrym sposobem do wstępnego projektowania ze względu na niewielki czas potrzebny do porównania kilku wariantów rozwiązania, a co za tym idzie, może być pomocne w optymalizacji konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

static calculation; bridge; internal forces envelope; mathematical package; Matlab; software

PL

obliczenia statyczne; most; obwiednia sił wewnętrznych; pakiet matematyczny; Matlab; program komputerowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 1
• Strony: 299--317
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Hawryszków Paweł

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Civil Engineering, Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8787-1121

autor

Czaplewski Bronisław

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Civil Engineering, Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7775-8993

Bibliografia

• [1] P.I. Kattan, Matlab for Beginners: A Gentle Approach. Petra Books, 2008.
• [2] W. Wunderlich, W.D. Pilkey, Mechanics of Structures. Variational and Computational Methods. CRC Press, 2002.
• [3] A. Guerra, P.D. Kiousis, “Design optimization of reinforced concrete structures”, Computers and Concrete, 2006, vol. 3, no. 5, pp. 313-334.
• [4] R.F. Kale, N.G. Gore, P.J. Salunke, “Applications of Matlab in optimization of bridge superstructures”, International Journal of Research in Engineering and Technology, 2014, vol. 3, no. 5, pp. 34-39.
• [5] A. Martins, L. Simões, J. Negrão, “Optimum design of concrete cable-stayed bridges”, Engineering Optimization, 2016, vol. 48, no. 5, pp. 772-791, DOI: 10.1080/0305215X.2015.1057057.
• [6] A. Martins, L. Simões, J. Negrão, “Optimization of cable forces on concrete cable-stayed bridges including geometrical nonlinearities”, Computers and Structures, 2015, vol. 155, pp. 18-27, DOI: 10.1016/j.compstruc.2015.02.032.
• [7] B. Czaplewski, “Projekt mostu drogowego MA-46 w ciągu autostrady A4”. Opiekun: dr inż. Paweł Hawryszków, Politechnika Wrocławska, 2015 (in Polish).
• [8] E.C. Hambly, Bridge Deck Behaviour. CRC Press, 1991.
• [9] J. Hołowaty, “Numerical Approach for the Live Load Distribution in Road Bridges”, Computer Technology and Application, 2015, vol. 6, pp. 101-106, DOI: 10.17265/1934-7332/2015.02.007.
• [10] R. Bareš, Ch.E. Massonnet, Analysis of Beam Grids and Orthotropic Plates by the Guyon-Massonnet-Bareš Method. Lockwood; SNTL, 1968.
• [11] J. Biliszczuk, P. Hawryszków, M. Sułkowski, “Kładka Wężowisko w Jadwiśinie koło Zegrza”, Inżynieria i Budownictwo, 2009, no. 1/2, pp. 46-48 (in Polish).
• [12] J. Biliszczuk, P. Hawryszków, M. Sułkowski, “The design of Snake Footbridge in Jadwisin”, in Concrete structures in Poland 2000-2005. Polish Cement Association, 2006, pp. 12-13.
• [13] J. Biliszczuk, P. Hawryszków, M. Węgrzyniak, A. Maury, M. Sułkowski, “Podwieszona kładka dla pieszych z drewna klejonego w Sromowcach Niżnych”, Inżynieria i Budownictwo, 2008, no. 1/2, pp. 5-8 (in Polish).
• [14] J. Biliszczuk, P. Hawryszków, “Foot and cycling bridge over the Dunajec River in Sromowce Niżne”, in Engineering structures (Inženýrské stavby V4). CKAIT, 2012, pp. 136-143.
• [15] H. Zobel, T. Alkhafaji, Mosty drewniane. Warszawa: WKŁ, 2006 (in Polish).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).