Optimización del Diseño de Capots de Protección de Anclajes para Sistemas de Pretensado y Postensado

Abstract

Este proyecto trata sobre la optimización del diseño de los capots de protección de anclajes para tendones de acero de sistemas de pretensado y postensado. Para ello, se ha tomado como referencia la geometría de capot que actualmente emplea una empresa del sector de la construcción.

En una primera aproximación al problema, se optó por realizar un análisis DAFO comparando la geometría de referencia con la de los capots usados por otras empresas del sector. Sin embargo, se observó que, al no ser una pieza con responsabilidad estructural, los diseños son todos muy parecidos, además de que prácticamente no se dispone de información técnica sobre ellos. Esto hizo que se tuviera que redefinir el problema.

En la segunda aproximación al problema, se decidió realizar una optimización multiobjetivo del diseño de referencia. Para ello, en primer lugar, se definieron los criterios principales de la optimización: el coste y la resistencia. Posteriormente, se identificaron una serie de variables geométricas que tuvieran relación con estos dos criterios. Para construir las funciones objetivo del modelo matemático se analizó la relación entre estas variables identificadas y cada uno de los criterios realizando un ajuste de regresión con los resultados de diversas simulaciones de elementos finitos con el software ANSYS Static Structural. Una vez construido el modelo matemático del problema, se resolvió usando el software de cálculo Matlab para obtener el frente de Pareto del problema. Este se obtuvo mediante el Método de las Ponderaciones.

Los resultados obtenidos dan lugar a un conjunto de soluciones en función del peso que se le otorgue a cada criterio. De entre ellas se elige un modelo de capot que reduce el coste del original, pero también la resistencia. Pese a esto último, el diseño obtenido es más eficiente para las condiciones de trabajo.

This project deals with the optimisation of the design of anchorage protection caps for steel tendons in prestressing and post-tensioning systems. For this purpose, the geometry of the cap currently used by a company in the construction sector has been taken as a reference.

In a first approach to the problem, a SWOT analysis was decided to carry out. It compared the reference geometry with others used by different companies in the sector. However, it was observed that, as it is not a part with structural responsibility, the designs are all very similar. In addition to this, there is practically no technical information available on them. This meant that the problem had to be redefined.

In the second approach to the problem, it was decided to perform a multi-objective optimisation of the reference design. To do this, first, the main optimisation criteria were defined as cost and strength. Subsequently, a series of geometric variables related to these two criteria were identified. To construct the objective functions of the mathematical model, the relationship between these identified variables and each of the criteria was analysed by performing a regression adjustment. This analysis was done with the results of various finite element simulations using ANSYS Static Structural software. Once the mathematical model of the problem had been constructed, it was solved using Matlab calculation software to obtain the Pareto frontier of the problem. This was obtained using the Weights Method.

The results obtained lead to a set of solutions depending on the weight given to each criterion. From this set, a cap model that reduces the cost of the original, but also the strength was chosen. Despite reducing its strength, the design obtained is more efficient for the working conditions.