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Human-Structure Interaction (HSI) may influence the dynamic behaviour of Fibre Reinforced Polymer (FRP) footbridges due to the lightweight nature of composite materials. Hence, load models that account for HSI should be applied to accurately predict vibration levels on these pedestrian structures. This paper proposes a model to assess the structural response of a simply supported footbridge subjected to a weak traffic scenario (0.2 pedestrians/m2), considering HSI and higher harmonics of pedestrians walking. The dynamic parameters of a single pedestrian, depicted as a Mass-Spring- Damper-Actuator (MSDA) system, and the modal parameters of the structure are employed to construct a coupled time-invariant crowd-structure system. The frequency-domain approach, based on a closed-loop Transfer Function (TF), considered in this study leads to a good agreement between numerical results and experimental outcomes obtained on an ultra-lightweight FRP footbridge. Thus, the proposed HSI model may be used as a first approximation to correctly estimate the dynamic response of other lightweight structures subjected to crowd-induced loads.

La estimación de parámetros de sistemas dinámicos se basa en inferir los parámetros del sistema a partir del conocimiento de un conjunto de entradas y salidas. En ingeniería civil, la principal aplicación es la actualización de modelos de elementos finitos, donde el objetivo es estimar sus parámetros a partir del comportamiento real de la estructura para obtener modelos fiables. Estos problemas se pueden abordar usando estimadores puntuales, enfoque Bayesiano o lógica difusa. En esta tesis se emplea el primer método, donde la estimación de parámetros se resuelve como un problema de optimización cuyo objetivo es encontrar el mínimo de una función que representa el error. Para resolver estos problemas, los algoritmos metaheurísticos constituyen la opción más empleada, gracias a su facilidad para hallar el óptimo global de funciones no lineales y a su independencia del valor inicial de los parámetros de la función. El principal inconveniente de estos algoritmos es su alto coste computacional. Por ello, en esta tesis se proponen dos algoritmos de optimización eficientes para la estimación de parámetros. En la primera parte de esta tesis, para caracterizar el rendimiento de algoritmos existentes, se comparan los resultados dados por tres de ellos: algoritmos genéticos, algoritmo de enjambre de partículas y algoritmo harmony search. Los resultados avalan a éste último como el más eficiente. Además, también se comparan los dos enfoques del problema de optimización, con funciones de un único objetivo o multiobjetivo, siendo el segundo enfoque el que presenta mejor precisión y menor coste computacional. Las dos propuestas de esta tesis están basadas en el algoritmo harmony search multiobjetivo. El primero consiste en un algoritmo híbrido que resulta de la combinación de éste con un algoritmo local llamado unscented Kalman filter. Su validación se lleva a cabo mediante la actualización del modelo de elementos finitos de una pasarela de laboratorio y también se aplica para la estimación de los parámetros del modelo dinámico de Winkler de una pasarela real. El segundo algoritmo consiste en un proceso colaborativo donde se unifica el algoritmo harmony search con dos técnicas: el análisis de componentes principales y las redes neuronales. Este proceso permite no solo reducir el tiempo de simulación, sino también resolver el problema de toma de decisiones de manera automática. La validación se lleva a cabo mediante la actualización del modelo de una pasarela, comparando los resultados con los que se obtendrían empleando técnicas convencionales. Parameter estimation of dynamic systems in civil engineering is a relevant field in constant evolution, because of its wide variety of applications. The procedure consists in inferring the parameters from the knowledge of a set of inputs and outputs of the system. The main application in civil engineering is the finite element model updating. The objective is to estimate their parameters from the real behaviour of the structure to obtain more accurate models. These problems can be addressed using point estimators, Bayesian approach or fuzzy logic. In this thesis the first method is used, where parameter estimation is solved as an optimization problem to find the minimum of an error function. Due to both their independence on the initial value adopted for the parameters and ability to avoid local minima when searching for the global minimum, metaheuristic algorithms are mainly used. Nevertheless, their main drawback is the high computational cost. For this reason, this thesis proposes two efficient algorithms. In the first part of the thesis, three algorithms (genetic, particle swarm and harmony search) are compared when they are applied for the finite element model updating of civil engineering structures. The results report that the harmony search is the most efficient. Besides, the single-objective and multi-objective approaches of the optimization problem are compared, concluding that the later leads to more accurate solutions while elapsing less computational time. Hence, the two proposed algorithms are based on the multi-objective harmony search. The first one is a hybrid algorithm that combines this algorithm with the unscented Kalman filter. The implementation details of the algorithm are discussed and its validation is addressed through the finite element model updating of a laboratory footbridge. A second application involving the parameter estimation of the dynamic Winkler model of a real footbridge is also addressed in order to illustrate the potential of this new algorithm. The second algorithm is built as a collaborative process, where the harmony search is combined with principal component analysis and artificial neural networks. This process allows reducing the computatinal cost and solving the decision making problem in a systematic way. It is validated by conducting the finite element model updating of a footbridge, and further comparing the results with those obtained with a conventional methodology.

Passive damping devices are widely installed to control the vibration level of stay cables of bridges induced by wind action. The design of passive damping devices must ensure the performance for the all the life-cycle of the structure. In this sense, the design should consider the changes of the pre-fixed parameters and environmental conditions. For this purpose, the motion-based design method under uncertainty conditions is used in this study to carry out the design of a viscous damper. Following this approach, the design requirements are established according to the maximum accepted motions of the structure and the damper device is optimized. In order to validate the method, a benchmark structure is considered. The uncertainty conditions are numerically simulated following a probabilistic approach. As simulation method, the Latin Hypercube is employed. The reliability index is used as reference parameter for the probabilistic assessment. This work was supported by the Ministerio de Economía y Competitividad of Spain and the European Regional Development Fund under project RTI2018-094945-B-C21. The financial support is gratefully acknowledged. J Naranjo Pérez was supported by the research contract from the Universidad de Sevilla Ref: USE-17047-G. The authors acknowledge the financial support provided by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities through the project SEED-SD (RTI2018-099639-B-I00).

Supplemental material, Appendix_1and2 for Modal parameter identification of a spectator–grandstand interaction model under different rhythmic activities by Javier Naranjo-Pérez, Javier Fernando Jiménez-Alonso, Felipe García-Sanchez and Andres Sáez in Advances in Structural Engineering

Passive damping devices are widely installed to control the vibration level of stay cables of bridges induced by wind action. The design of passive damping devices must ensure the performance for the all the life-cycle of the structure. In this sense, the design should consider the changes of the pre-fixed parameters and environmental conditions. For this purpose, the motion-based design method under uncertainty conditions is used in this study to carry out the design of a viscous damper. Following this approach, the design requirements are established according to the maximum accepted motions of the structure and the damper device is optimized. In order to validate the method, a benchmark structure is considered. The uncertainty conditions are numerically simulated following a probabilistic approach. As simulation method, the Latin Hypercube is employed. The reliability index is used as reference parameter for the probabilistic assessment. Ministerio de Economía y Competitividad of Spain and the European Regional Development Fund under project RTI2018-094945-B-C21 Universidad de Sevilla Ref: USE-17047-G Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities project SEED-SD RTI2018-099639-B-I00

Las gradas de los estadios están sometidas cada vez a una mayor variedad de cargas dinámicas provocadas por los espectadores. Estas cargas modifican los parámetros modales de la estructura y para tenerlo en cuenta, se propone un modelo de interacción espectador-estructura. Los parámetros que definen el modelo del espectador (rigidez, amortiguamiento y masa) para distintas actividades realizadas, se estiman mediante un problema inverso resuelto mediante algoritmos genéticos. Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech.

Las gradas de los estadios están sometidas cada vez a una mayor variedad de cargas dinámicas provocadas por los espectadores. Estas cargas modifican los parámetros modales de la estructura y para tenerlo en cuenta, se propone un modelo de interacción espectador-estructura. Los parámetros que definen el modelo del espectador (rigidez, amortiguamiento y masa) para distintas actividades realizadas, se estiman mediante un problema inverso resuelto mediante algoritmos genéticos Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech.

Universidad de Sevilla. Máster en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos

XI CONGRESO NACIONAL DE MATERIALES COMPUESTOS. Celebrado en Móstoles los días 6, 7 y 8 de julio de 2015 El presente trabajo se centra en el análisis de diferentes ensayos que permiten determinar la calidad de la unión entre laminados de material compuesto y hormigón. Los ensayos considerados han sido: Pull Off (ensayo a tracción), Shear Torsion (ensayo de torsión), Lap Shear (ensayo de cortadura) y Lap Peeling (ensayo de pelado). La fabricación de las probetas se ha llevado a cabo siguiendo tres procedimientos: por apilado e impregnación manual del material compuesto sobre el hormigón, mediante pegado de laminados de material compuesto prefabricados y mediante impregnación insitu del material compuesto sobre el hormigón a través de técnicas de infusión de resina líquida. Además, dichos ensayos se han realizado sobre probetas de hormigón con dos tratamientos superficiales: amoladora y lija de grano grueso. Tras la realización de los ensayos se ha constatado que predomina la rotura por el hormigón sobre roturas adhesivas o cohesivas, lo que indica una buena adhesión entre éste y el material compuesto, para todos los métodos de fabricación de la unión y tratamientos superficiales del hormigón Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial (CDTl) lTC-20131020 Fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER) lTC-20131020

A día de hoy, el sector de la construcción se posiciona como uno de los principales consumidores de materias primas y notable contribuidor a la emisión de gases de efecto invernadero. Realizar un uso eficiente de los materiales se convierte en una prioridad para lograr el desarrollo sostenible del sector desde un punto de vista económico, social y medioambiental. La optimización estructural es la línea de ingeniería e investigación encargada de desarrollar y aplicar técnicas que permiten diseñar estructuras capaces de soportar las cargas a las que son sometidas, bajo unas restricciones y condiciones de contorno definidas por el proyectista, utilizando para ello la menor cantidad de material necesaria. Hasta mediados de la segunda mitad del siglo XX, los métodos de optimización disponibles se trataban en su gran mayoría de procedimientos exactos que requerían de funciones continuas y derivables para ser aplicados y generalmente específicos para cada problema, de una utilidad limitada en el campo de la ingeniería de estructuras. Con la llegada de la computación, en las últimas décadas han aparecido numerosas técnicas conocidas como metaheurísticas con una gran versatilidad que permiten obtener soluciones óptimas de manera aproximada. Dentro de este campo, resulta de especial interés los Algoritmos Inspirados en la Naturaleza (NIA), por su simplicidad de aplicación y reducidos tiempos de procesamiento. Por otro lado, los avances tecnológicos han favorecido el desarrollo de herramientas de diseño estructural basadas en el diseño paramétrico. Esta metodología permite al proyectista estudiar distintas distribuciones estructurales y soluciones de difícil concepción de una forma automatizada, reduciendo los tiempos de diseño y abriendo el camino a nuevos esquemas estructurales. En la actualidad, la literatura existente presenta limitados estudios comparativos respecto a la aplicación de optimización estructural con algoritmos NIA integrados en el espacio de diseño paramétrico. El objetivo del presente Trabajo de Fin de Máster consiste en estudiar la idoneidad de las tres ramas principales de los algoritmos inspirados en la naturaleza aplicándolos en el diagrama de flujo de diseño paramétrico y análisis estructural. Para ello, en primer lugar se presenta un análisis del estado del arte de la optimización de estructuras y de los NIA de mayor aplicación en este campo. Posteriormente, se plantean tres casos de estudio de estructuras metálicas definidos en orden ascendente de complejidad de optimización según el número de variables de diseño empleadas. El primer caso integra la optimización de la sección de un voladizo sometido a restricciones de deformaciones. El segundo caso trata la optimización seccional y geométrica de la estructura de sustento de una cubierta laminar de acero y vidrio de dimensiones reducidas sujeta a restricciones de deformaciones y tensiones. El tercer caso aplica la optimización de forma y geometría a la estructura de soporte de la cubierta laminar de acero y vidrio de un estadio sujeta a su vez a restricciones de deformaciones y tensiones. Los casos de estudio han sido definidos en su totalidad en el entorno paramétrico de Grasshopper®, el análisis estructural se ha llevado a cabo mediante el solver Karamba®, y la optimización de la estructura se ha realizado aplicando el Algoritmo Genético (GA) como Algoritmo Evolutivo, el Algoritmo de Enjambre de Partículas (PSO) como Algoritmo de Inteligencia de Enjambre y el Algoritmo de Búsqueda Gravitacional (GSA) como Algoritmo basado en Procesos Físicos y Químicos. Los resultados de aplicación muestran un alto rendimiento de los tres algoritmos NIA analizados para el caso de estudio de optimización estructural sencilla y un rendimiento destacable del algoritmo PSO en un reducido número de iteraciones al aumentar las dimensiones del problema estructural.