Numerical simulation of the optimization in the design of a hybrid steel-bamboo rigid floor in a self-supporting structure

Abstract

Partiendo de una estructura autoportante, se pretende mostrar las consideraciones y modificaciones de diseño llevadas a cabo para desarrollar la optimización de un suelo rígido acero-bambú para dicha estructura. Se justifica la elección de los materiales a través de sus propiedades mecánicas y coste, mostrando las ventajas del empleo del bambú como material de construcción. Con el propósito de lograr el mejor resultado en la optimización del modelo, se emplea como metodología de trabajo la simulación numérica por medio de elementos finitos utilizando el software comercial Abaqus. Se llevan a cabo distintas configuraciones dentro de la estructura autoportante (empleando elementos de refuerzo) y en la propia configuración geométrica de los paneles de bambú y de su soporte de acero, generando tres modelos diferentes (A, B y C), de tal forma que sea posible, en las tres opciones, elaborar un análisis que relacione tanto los esfuerzos generados como el desplazamiento y la deformación que sufre la base sometida a estudio. Finalmente se realiza una comparación de los resultados obtenidos por medio de las simulaciones, para concluir cuál de ellos consigue la optimización más adecuada del modelo, observándose cambios significativos en la flecha y ciertas variaciones en los esfuerzos internos.

Considering a self-supporting structure, it is intended to show the considerations and modifications in the design which have been carried out to develop the optimization of a hybrid steel-bamboo rigid floor for the structure. The materials applied in the design of the floor, steel and bamboo, are chosen because of their mechanical properties and their cost. it is shown the benefits of using bamboo as building material. Due to reach the best result in the optimization of the model, it is used, as methodology, numerical simulations by finite elements using Abaqus software to obtain the structural behavior of the different elements. Several configurations are carried out in the self-supporting structure (using reinforced elements) and also it has been varied the geometric configuration of the bamboo panels and their steel support. According to those changes, three different models have been created (A, B and C) making possible, in every option, the analysis of the different generated stresses, the displacement and deformation suffered by the case study floor. Then, it has been carried out a comparison between all the results obtained by the numerical simulations according to changes in deflection and certain variations in stresses. Finally it has been concluded which model (A, B or C) reaches the most efficient optimization.