Optimum prestressing of cylindrical shells

The present thesis aims to define a methodology for the optimal design of circumferential prestressing in reinforced concrete axisymmetric cylindrical shells. The cylindrical shells are modeled and analyzed based on analogy with a beam on elastic foundation model. The structure is subdivided into beam elements on elastic foundation subjected to membrane actions and linearly varying distributed loading conditions. The circumferential prestressing is introduced by means of a self-equilibrated equivalent load system. The static and kinematic fields of the structural members are related to a discrete set of prestressing design variables based on linear functions. The optimal design is based on the minimization of the total area of equivalent prestressing load function based on the formulation of a linear programming problem. The solution is set to comply with limit state thresholds on displacements and stresses in a finite number of check sections along the shell profile and with technological constraints related to the practical feasibility of the equivalent prestressing load function. The proposed procedure is validated on a set of simple case studies: different geometry, loading and restraint conditions are explored to highlight peculiarities and limitations of the methodology in informing the design process with a computationally efficient and versatile mathematical tool.

Nella presente tesi, si definisce una metodologia per la progettazione ottimale dell’azione di precompressione circonferenziale di gusci assialsimmetrici in calcestruzzo armato. I gusci cilindri in esame vengono modellati e analizzati in analogia con il modello di trave su suolo elastico. La struttura è suddivisa in elementi di trave su suolo elastico soggetti a carichi membranali e azioni trasversali variabili linearmente. Nello specifico, la precompressione circonferenziale viene introdotta mediante un sistema di carichi statici equivalenti autoequilibrati. I campi statici e cinematici degli elementi strutturali vengono correlati linearmente ad un insieme discreto di parametri di progetto della precompressione. Il criterio scelto per la progettazione ottimale si basa sulla minimizzazione della precompressione circonferenziale equivalente. Il procedimento progettuale si basa sulla formulazione di un problema di programmazione lineare vincolata rispetto sia a soglie di stato limite su spostamenti e sforzi in un certo numero di sezioni di controllo sia a vincoli tecnologici sul profilo della funzione ottimale di precompressione. La procedura è stata validata mediante alcuni semplici casi studio che prendono in esame diverse condizioni geometriche, di carico e di vincolo con l’obiettivo di evidenziare le potenzialità dello strumento matematico proposto, versatile e computazionalmente efficiente, nel processo progettuale.